水下高速運動目標(biāo)軌跡測量技術(shù)研究.pdf

1、為了精確測量水下運動物體的三維軌跡,常采用通過在其自身內(nèi)部安裝記錄設(shè)備的方法記錄運動物體的航速、姿態(tài)、航行深度、加速度等信息,事后進(jìn)行數(shù)據(jù)回收處理得到物體的運動軌跡。然而,如果由于某種原因致使試驗?zāi)繕?biāo)無法回收,則無法分析其性能,因此利用外部測量系統(tǒng)來獲得物體的運動軌跡是十分有意義的。目前常用的外測系統(tǒng)有短基線和長基線定位系統(tǒng),但是這兩種系統(tǒng)都具有布放回收困難使用不方便的特點,且以應(yīng)答模式工作的長基線系統(tǒng)數(shù)據(jù)刷新率低,對于高速運動的物體來

2、說難以獲得較多的軌跡點。隨著寬帶信號的應(yīng)用及信號處理技術(shù)的發(fā)展,超短基線定位系統(tǒng)也可以獲得很高的定位精度,并且使用方便,目前商用超短基線產(chǎn)品種類也很多,但大都無法對高速運動的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位。本文根據(jù)水下高速運動目標(biāo)的試驗任務(wù)需求,對基于超短基線的高速運動目標(biāo)軌跡測量系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,該系統(tǒng)采用同步工作模式,能夠?qū)崟r獲取高精度高刷新率的水下高速運動物體三維軌跡,并且具有多目標(biāo)定位跟蹤的能力。全文的主要內(nèi)容如下:
　　

3、 闡述了窄帶和寬帶兩種不同信號體制的超短基線定位方法的原理,并對這兩種方法的定位精度進(jìn)行了仿真分析研究。二相編碼信號屬于多普勒敏感信號,針對目標(biāo)的高速運動帶來的多普勒效應(yīng)對信號檢測帶來的影響,本文采用了一種交替發(fā)射m序列的方法,利用兩相鄰周期信號具有相同的多普勒的特點,構(gòu)造一新的相關(guān)器來抵消兩個信號的多普勒,解決運動目標(biāo)信號的檢測問題。針對雙目標(biāo)在檢測中存在的遠(yuǎn)近效應(yīng),本文提出了一種基于特征量提取的方法。本文還對多普勒頻偏的估計和補償進(jìn)

4、行了深入研究,針對測頻算法存在的測頻模糊問題,采用基于相關(guān)峰時延差的方法解多普勒模糊。文中還對系統(tǒng)存在的距離模糊問題進(jìn)行了分析和研究,根據(jù)系統(tǒng)特點,提出了一種簡單可靠的抗距離模糊的方法。
　　 本文還著重對目標(biāo)丟失不能同步,而不能夠提供斜距信息的情況,提出了一種基于純方位估計的目標(biāo)定位方法來確定目標(biāo)的方位,該方法雖然精度上比正常超短基線定位稍差,但是卻解決了水下目標(biāo)因缺少斜距信息而不能定位的問題。
　　 傳統(tǒng)的超短基線定

5、位系統(tǒng)由三個部分組成:聲學(xué)定位系統(tǒng)、航向姿態(tài)測量系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng),這些系統(tǒng)包括的傳感器所在的坐標(biāo)系由于存在角度偏差,導(dǎo)致超短基線系統(tǒng)產(chǎn)生定位誤差。因此超短基線系統(tǒng)在每次使用前都需要進(jìn)行安裝誤差的校準(zhǔn)。而校準(zhǔn)也是一個比較繁瑣的過程,為此本文實現(xiàn)了一種免校準(zhǔn)的超短基線系統(tǒng)的設(shè)計,只需出廠時對其進(jìn)行一次標(biāo)校,在以后的使用過程中都無需校準(zhǔn),大大提高了系統(tǒng)的便利性。
　　 最后,對系統(tǒng)的各個組成部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并通過大量的試驗和數(shù)