導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)總體技術(shù)研究.pdf

1、水聲定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事和民用的各個(gè)領(lǐng)域，為海洋的開發(fā)和利用提供精確的空間位置和技術(shù)支持，是海洋科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，不斷地推動(dòng)著海洋科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。 本論文的主要工作包括導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)影響系統(tǒng)性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)——導(dǎo)航定位精度和作用距離進(jìn)行分析論證，水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒測量技術(shù)及自適應(yīng)濾波器頻點(diǎn)自跟蹤技術(shù)，海底應(yīng)答器陣位測量技術(shù)，最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的工作性能。 在分析了設(shè)計(jì)需

2、求的基礎(chǔ)上提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想：通過在海底布放大范圍的應(yīng)答器陣完成對(duì)水下目標(biāo)的導(dǎo)航功能，通過海面的浮標(biāo)和工作母船上的船載測距儀完成定位監(jiān)測功能；由于單陣元水聲作用距離有限，通過無線電和水聲聯(lián)合工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的大范圍測量和應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)距離管理控制。給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和導(dǎo)航定位原理；針對(duì)系統(tǒng)功能指標(biāo)的要求論證了水聲信號(hào)處理和無線電、水聲通信方案。 通過對(duì)導(dǎo)航定位原理的分析，確定了影響系統(tǒng)定位精度的主要因素為測時(shí)誤差、測

3、陣誤差和測速誤差，討論了各因素對(duì)導(dǎo)航定位精度的影響，為測時(shí)方案和測陣方案的制定提供了理論依據(jù)；在理論上分析了天線高度與無線電通信距離的關(guān)系，為無線電遙控平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)；進(jìn)行了導(dǎo)航定位作用距離的指標(biāo)論證，分析了指標(biāo)規(guī)定的極限距離條件下利用所設(shè)計(jì)的水聲信號(hào)處理算法能達(dá)到的測時(shí)精度和系統(tǒng)的定位精度。 水下目標(biāo)在航行過程中發(fā)送詢問信號(hào)，在接收陣元將產(chǎn)生多普勒現(xiàn)象，本文中提出了一種基于時(shí)延差的多普勒測量方法，該方法通過測量接收信

4、號(hào)的時(shí)延差，實(shí)現(xiàn)高精度的多普勒估計(jì)，將其估計(jì)多普勒的性能與工程上廣泛應(yīng)用的自適應(yīng)Notch濾波器頻率估計(jì)器的多普勒估計(jì)性能進(jìn)行了對(duì)比研究。分析了Notch濾波器的帶寬和中心頻率對(duì)處理增益的影響，將測得的多普勒用于調(diào)整Notch濾波器的中心頻率，實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)自跟蹤，以達(dá)到提高信號(hào)處理增益和增大作用距離的目的。建立了一個(gè)測量徑向速度求解目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度的模型，完成對(duì)水下目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度的監(jiān)測。 本系統(tǒng)通過海面和海底的陣元實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的導(dǎo)航定位

5、，陣元的定位精度是影響導(dǎo)航定位精度的重要因素之一。水面的陣元可以借助GPS得到精確的陣位坐標(biāo)，海底的應(yīng)答器陣則需要進(jìn)行陣位坐標(biāo)校準(zhǔn)。針對(duì)本系統(tǒng)大范圍應(yīng)答器陣校準(zhǔn)的要求，設(shè)計(jì)了一套絕對(duì)測陣與相對(duì)自測陣相結(jié)合的海底應(yīng)答器陣位測量方案，利用本系統(tǒng)的無線電和水聲的組合遙控功能避免了工作船遠(yuǎn)距離航行，實(shí)現(xiàn)了高效、精確的陣位測量。海水中的聲速分布是多變的，聲線傳播會(huì)產(chǎn)生測距誤差進(jìn)而影響應(yīng)答器陣位的測量精度，本文采用了射線聲學(xué)分層介質(zhì)的方法對(duì)測陣過程