基于寬帶激光聲源的水下目標估計.pdf

1、隨著海洋經(jīng)濟的發(fā)展，水下探測領域的應用價值越來越高，比起使用電磁波的方法，在水下傳輸中利用水聲作為媒介可以有更低的損耗，探測距離更遠;但是傳統(tǒng)利用聲吶的水下探測手段具有一定的局限性，比如測繪效率比較低下，探測范圍有限，無法在暗礁等危險區(qū)域進行測量;而激光致聲作為一種新型的寬帶聲源，可以在空中機載平臺發(fā)射強激光脈沖，在水面通過光學擊穿等形式完成光聲轉換后，以聲信號的形式繼續(xù)在水下傳輸，通過目標反射后可以在空中檢測回波信號;激光聲信號不僅具

2、有高強度，時域窄脈沖，頻域寬頻譜等優(yōu)良特性，而且機載平臺測繪效率高，可以對危險海域進行探測，是一種非常有潛在應用價值的聲源;
　　本論文首先介紹了激光聲源的發(fā)展歷史及其優(yōu)點，傳統(tǒng)水聲目標探測方法的優(yōu)缺點，然后給出了激光聲信號的一些理論;對于激光聲這樣一種快速衰減的瞬時信號，傳統(tǒng)譜估計方法無法獲得很高的頻率分辨率，所以本文提出了一種使用Prony算法將信號分解成一系列衰減正弦波來實現(xiàn)對頻域功率譜準確估計的方法，文中介紹了AR譜估計的

3、相關理論推導，并且分析了不同求解算法的優(yōu)劣和Prony算法改進的方法;
　　由于聲信號在水下信道的傳播模型復雜，反射模型還受材料，尺寸，形狀等諸多參數(shù)影響，使用有限元分析軟件COMSOL來對聲-固耦合模型進行了穩(wěn)態(tài)仿真和瞬態(tài)仿真;在穩(wěn)態(tài)仿真中計算目標對球面波信號的反射特性，并且通過理論分析對仿真結果進行了相關的驗證，提出了一種通過單個寬帶聲脈沖來估算聲學平板材料厚度的方法，并且結合仿真結果驗證了其有效性。在瞬態(tài)仿真中分析了高斯點聲

4、源與反射目標相互作用的過程，并且應用Prony算法對入射信號和反射信號頻譜進行計算，繼而對平板聲學材料的厚度進行估算，驗證了厚度估計方法對瞬時信號也同樣適用，然后利用聲散射模型，反卷積算法進行了對目標尺寸的簡單估計，結合瞬態(tài)仿真數(shù)據(jù)進行了簡單的驗證。
　　最后在消聲水池中做了相關的驗證試驗，測量有機玻璃和橡膠兩種平板聲學材料的厚度，估算誤差分別是3.08％和5.12％;最后對誤差進行了相應的分析解釋。在千島湖船載設備上對湖底巖石區(qū)