海流作用下拖曳线列阵稳态运动性能分析与计算

预测和计算拖曳线列阵的静态构型是拖曳线列阵设计中的重要一环。本文通过分析拖曳线列阵的稳态运动性能,计算海流作用下拖曳线列阵运动的稳态解,分析海流方向、海水密度、拖曳速度对拖曳线列阵稳态运动的影响,为线列阵的初步设计和舰艇的操作策略提供指导。     

一种水下非均质拖曳线列阵动力学仿真方法及试验验证

基于Ablow和Schechter经典差分方法,分析水下非均质拖曳线列阵的受力特性,建立其空间运动控制方程。采用中心差分法和牛顿迭代法对运动控制方程进行离散及时间和空间上的迭代求解,获得水下非均质拖曳线列阵的动力学特性。在此基础上,结合非均质线列阵实尺度模型,设计并开展湖中的实航拖曳试验,分析比较了试验数据与仿真结果。研究表明,本文提出的数学仿真方法有效可靠,可为水下非均质拖曳线列阵动力学特性分析提供一种有效的技术手段。     

一种水下非均质拖曳线列阵动力学仿真方法及试验验证

基于Ablow和Schechter经典差分方法,分析水下非均质拖曳线列阵的受力特性,建立其空间运动控制方程.采用中心差分法和牛顿迭代法对运动控制方程进行离散及时间和空间上的迭代求解,获得水下非均质拖曳线列阵的动力学特性.在此基础上,结合非均质线列阵实尺度模型,设计并开展湖中的实航拖曳试验,分析比较了试验数据与仿真结果.研究表明,本文提出的数学仿真方法有效可靠,可为水下非均质拖曳线列阵动力学特性分析提供一种有效的技术手段.     

基于短基线组合系统实现浮标阵水下目标运动轨迹精确测量

针对水声定位浮标基阵的水下运动目标的轨迹测量时,由浮标水下阵元位置误差引起系统的误差,提出以短基线组合定位系统的浮标水下阵元坐标实时测量校准方法。仿真结果表明,采用短基线组合定位技术,能保障浮标水下接收阵元的定位误差小于0.3 m,系统水下定位误差小于3 m,满足对水下目标轨迹的精确测量技术要求。海试结果证明效果可靠。     

拖曳声呐拖缆振动自噪声的建模

拖曳声呐线列阵在甚低频区的自噪声性能主要由拖缆振动噪声决定，对噪声源正确建模非常重要。数学模型旨在考察在拖曳声呐线列阵头部施加一个已知位移所造成的影响。结合能量沿声呐线列阵的衰减、接合部位的散射等情况，可计算出由给定位移在各水听器上产生的声压。利用从线列阵头部的加速计数据，就可按照规定的比例计算声压值，给出所预测声压大小，从而得到预测的自噪声级。该模型可用来测试和优化声呐线列阵的配置设计。     

拖曳线列阵声呐噪声测向方法及误差分析

开展抗干扰能力强的高精度线列阵测向算法研究,对于提高拖曳线列阵声呐装备实际作战性能具有重要意义。本文给出一种适用于拖曳线列阵声呐的宽带噪声信号波达方向估计方法,利用波束形成结果,解算指向性图极大值位置,可以估算目标大致方位。分裂阵半波束处理输出左右子阵的相位差,通过解算可以精确估计波达方向。在此基础上,从阵列信号处理理论和水声工程应用角度,系统分析影响拖曳线列阵声呐噪声测向精度的各方面因素,探讨测向误差的分布规律,最后给出提高测向精度具体方法及修正措施。     

基于二阶锥规划的平面阵近场等旁瓣波束优化

将矩形平面阵的波束图等效为2个相互垂直的线列阵波束图乘积,通过计算这2个线列阵的加权值,再利用向量直积来获得矩形平面阵的加权值。计算机仿真表明,在近场下二阶锥规划法比常规的Chebyshev法具有更好的波束优化效果。     

基于粒子群算法的水下多元线阵阵形有源校正方法

针对存在阵元位置误差的水下多元线阵,提出一种基于粒子群优化算法的远场有源阵形校正方法。该方法选用2个辅助源分时工作方式,利用无条件最大似然方位估计算法构建目标函数,并通过粒子群算法对阵元位置进行寻优。利用该方法对均匀线阵进行性能仿真实验。结果表明:该方法稳健性好、校正精度高,具有一定的应用前景。     

舰船回转拖曳线列阵水听器阵位预测研究

拖曳线列阵水听器阵位定位问题是舰船辐射噪声自监测关键技术之一.论文基于观测基本原理建立了舰船回转拖曳线列阵水听器阵位的观测方程,推导了观测值与阵位参数的关系式.利用水动力学方法得到的舰船回转拖曳线列阵阵位为想定阵形,采用非线性最小方差曲线拟合的Levenberg-Marqudat(LM)算法,预报了舰船回转拖曳线列阵水听器的阵位.通过与想定阵形对比分析,研究了初始阵位偏离度和时间观测标准差等对水听器阵位预测精度的影响和规律.阵位预测的最大偏差出现在水听器阵位的两端,阵位中心点的预测与想定阵位一致,表明所提出的方法可实现仅基于本船信息预测舰船定常回转拖曳线列阵的阵位.     

基于粒子群算法的水下多元线阵阵形有源校正方法

针对存在阵元位置误差的水下多元线阵,提出一种基于粒子群优化算法的远场有源阵形校正方法.该方法选用2个辅助源分时工作方式,利用无条件最大似然方位估计算法构建目标函数,并通过粒子群算法对阵元位置进行寻优.利用该方法对均匀线阵进行性能仿真实验.结果表明:该方法稳健性好、校正精度高,具有一定的应用前景.     

智能鱼雷攻潜部位及攻击角测量方法与误差分析

研究了一种基于实艇靶舷侧阵的末弹道二维跟踪定位模型,给出了鱼雷攻潜过靶部位及水平攻击角的计算方法,分析了测量误差并进行仿真.分析及仿真表明,采用该定位模型,鱼雷攻艇部位的测量精度可达2 m,在艇正横方向大约±60°开角范围内,水平攻击角的测量精度可达2°.在引起攻击角测量误差的各因素中,同步误差和目标深度装订误差影响较大,声速装订误差和基阵变形引起的误差较小.     

Linear track estimation using double pulse sources for near-field underwater moving target

The double pulse sources (DPS) method is presented for linear track estimation in this work. In the field of noise identification of underwater moving target, the Doppler will distort the frequency and amplitude of the radiated noise. To eliminate this, the track estimation is necessary. In the DPS method, we first estimate bearings of two sinusoidal pulse sources installed in the moving target through baseline positioning method. Meanwhile, the emitted and recorded time of each pulse are also acquired. Then the linear track parameters will be achieved based on the geometry pattern with the help of double sources spacing. The simulated results confirm that the DPS improves the performance of the previous double source spacing method. The simulated experiments were carried out using a moving battery car to further evaluate its performance. When the target is 40–60m away, the experiment results show that biases of track azimuth and abeam distance of DPS are under 0.6^o and 3.4m, respectively. And the average deviation of estimated velocity is around 0.25m/s.     

基于单水听器的移动声源运动参数估计

文章基于水声信道的多途结构,提出了一种利用舰船辐射噪声的单水听器声源运动参数估计方法。首先分析了自相关和倒谱多途时延估计方法,并针对传播水槽实验中随声源与单水听器距离增加自相关和倒谱时延峰信干比降低的问题,提出了基于自相关和倒谱的联合估计方法,提高了多途时延估计的稳健性;其次针对如何利用估计出的D-SR时延差这唯一信息进行运动参数估计的问题,通过逐步分析说明了径向匀速直线移动声源的运动参数估计问题可以在卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)框架下进行求解;最后应用扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)和迭代扩展卡尔曼滤波(iterated extended Kalman filter,IEKF)对水槽实验数据进行处理,所得结果表明:EKF和IEKF都能利用D-SR时延差信息估计出移动声源的距离、深度和速度,并且IEKF比EKF的跟踪效果更好,证明了方法的正确性和有效性。     

深海矢量噪声场声传播特性研究

矢量声压振速联合处理是建立在信号的声压和质点振速相位基础上,海洋环境边界对声传播的影响将改变矢量声场声压和质点振速的幅度和相位特性。文章根据南海环境条件和水下目标辐射噪声测量采用矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声源和水下点声源矢量场的幅度和相位随深度的变化,并对矢量水听器测量系统获取的南海典型深度上的背景噪声数据进行了分析。结果表明:深海背景噪声声压谱级在500 Hz以下基本上不随深度变化,在500 Hz-3 kHz频段浅深度背景噪声声压谱级略高于较深深度的背景噪声声压谱级;背景噪声的垂直质点振速谱级要小于声压和水平质点振速谱级。     

水下目标深度测量误差源分析

首先研究了在深海环境下,采用基于三阵元垂直线列阵的水声探测系统进行水下目标深度测量的基本原理.然后从随机误差和阵元配置偏差的角度,对水下目标深度测量的误差源进行了理论分析,并推导了相关公式.此外,对于相干多途水声信道干扰给水下目标深度测量精度的影响,也作了初步的理论分析.通过仿真实验,总结出各误差源对水下目标深度测量精度影响的规律,研究结果为进一步开展水下目标深度测量研究、提高测量精度奠定了基础.     

基于双阵纯方位的水下运动目标运动分析研究

单基阵纯方位水下目标运动分析需要基阵所在平台至少作一次机动,复杂多变的海战环境中,往往并不允许平台执行机动,故通常需利用多维信息对水下目标进行运动分析.本文基于双阵方位进行水下目标运动分析,目前相关公开文献中多是从仿真层面对该问题进行研究,本文在数值仿真的基础上,通过对海试数据的处理,从试验层面研究这一问题.文中采用最大似然估计法和扩展卡尔曼滤波方法进行双阵纯方位水下目标运动分析,通过数值仿真及海试数据的处理,验证算法的有效性.     

金属导爆索网栅结构水下爆炸声学特性研究

为了获得连续水下爆炸声源,文章设计了金属导爆索网栅结构,并开展了水下爆炸压力测试和气泡脉动实验,研究了金属导爆索网栅结构水下爆炸的声压级特性,水下爆炸的声持续时间,对应的混响效应,利用Hilbert-Huang变换对水下爆炸信号的频谱特性进行了分析.研究结果表明:金属导爆索网栅结构水下爆炸可根据设计连续产生多个脉冲冲击波信号,形成近似平稳的连续波,随后产生的气泡脉动和混响效应能够明显提高水下爆炸声的持续时间;金属导爆索网栅结构具有很强的声功率,水下爆炸声压级最高能够达到249 dB,爆炸60 ms后金属导爆索的爆炸声压级仍在200 dB以上;金属导爆索网栅结构水下爆炸声频率范围广,在100 kHz以下低频段能量最高.金属导爆索网栅结构水下爆炸脉冲信号频率成分丰富,具有低频和瞬时的特点,且大部分集中在100 kHz以下,尤以50 kHz以下的最为明显;脉冲信号具有多个能量峰值,能量值较集中,波动能量基本上都集中在频率为100 kHz范围以内,尤以50 kHz以下的低频能量最大,高于100 kHz以上频段的能量的分量很小.脉冲冲击波的个数和声持续时间可由金属导爆索网栅的排列方式和长度控制,脉冲冲击波间的时间间隔可调,发生装置稳定易控.     

矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成

介绍了矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成的水下噪声源近场高分辨定位方法。该方法将MVDR高分辨方位估计方法应用于单矢量水听器与声压基阵构成的组合基阵中,利用矢量水听器的单边指向性,抑制噪声源定位中的左右模糊,并结合声压基阵MVDR算法高分辨定位优势,从而实现了水下噪声源近场高分辨定位,且可以有效抑制近场定位中的左右弦模糊,通过计算机仿真验证了算法的有效性,具有一定的工程应用价值。     

一种级联型自适应滤波器的混响抑制技术

在浅海环境中混响是造成主动声呐性能下降的主要原因之一。混响是由发射信号引起的,其频域上覆盖区域与发射信号基本重合,时域上与发射信号及目标回波强相关,这给混响和目标的分离造成了很大的困难。本文借鉴PD雷达中的动目标检测方法,提出一种适用于声呐动目标检测的滤波器设计算法。该算法利用运动目标回波和混响在时频域上的不同特性,设计了级联自适应滤波器实现混响抑制和目标增强。在此基础上进行匹配滤波等处理可以获得理想的效果。该算法可大幅提高信混比,有效改善运动目标的检测能力。