平臺(tái)陣-信道-目標(biāo)空-時(shí)寬帶序貫狀態(tài)濾波.pdf

1、海洋環(huán)境為一個(gè)上臨海面、下接海底的受約束的波導(dǎo)環(huán)境——信道，其聲場(chǎng)為由方位、距離和深度柱坐標(biāo)共同表示的三維場(chǎng)。因而在海洋波導(dǎo)中，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效被動(dòng)和主動(dòng)探測(cè)——有效接收和有效照射，應(yīng)進(jìn)行目標(biāo)三維定位。用來接收和發(fā)射信號(hào)的傳感器陣一般裝置在艦/艇殼平臺(tái)導(dǎo)流罩中，陣尺寸受到限制。
　　 海洋信道的多路徑傳播和散射具有空間復(fù)雜化和時(shí)間復(fù)雜化特性。復(fù)雜化指寬帶，時(shí)間復(fù)雜波形即寬帶波形，空間復(fù)雜波前即寬帶波前。時(shí)間寬帶對(duì)應(yīng)多頻，空間

2、寬帶對(duì)應(yīng)多波數(shù)。除信道的作用外，在被動(dòng)聲納中，目標(biāo)輻射噪聲為時(shí)間寬帶復(fù)雜波形。若把目標(biāo)由點(diǎn)目標(biāo)擴(kuò)展為分布性目標(biāo)，也為空間寬帶復(fù)雜波前。在主動(dòng)聲納中，發(fā)射信號(hào)一般為時(shí)間寬帶復(fù)雜波形，因而反射波形也是如此。同樣地，若把目標(biāo)有點(diǎn)目標(biāo)擴(kuò)展為分布性目標(biāo)，回波也為空間寬帶復(fù)雜波前。為了充分利用聲場(chǎng)的空間和時(shí)間結(jié)構(gòu)信息而作空-時(shí)數(shù)據(jù)采集，需要盡可能布設(shè)大空間——帶寬乘積陣和利用大時(shí)間——帶寬乘積信號(hào)。
　　 本文通過空間寬帶雙橢球螺旋線陣(D

3、ouble Spiral Line Array，DSLA)來進(jìn)行波導(dǎo)三維采樣。DSLA由兩條沿橢球面螺旋的曲線陣(SLA)組成，兩條SLA的起點(diǎn)，高度上錯(cuò)開一定的間隔、方位上錯(cuò)開將近180度，均按順時(shí)針方向螺旋向下，每個(gè)南北半球?qū)α⒌臇|西半球都有陣元分布，具有復(fù)雜的空間取向性。
　　 本文利用DSLA三維采樣作目標(biāo)三維定位，這里所說的三維定位，是指三維聯(lián)合估計(jì)，而不是利用水平陣進(jìn)行方位估計(jì)與利用垂直陣進(jìn)行距離和深度估計(jì)的組合。如

4、果只對(duì)目標(biāo)某一維或二維位置感興趣，則從三維結(jié)果通過邊緣化或者取切面方法得到感興趣維的估計(jì)。
　　 平臺(tái)陣——信道——目標(biāo)構(gòu)成動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，具有狀態(tài)的規(guī)律性動(dòng)力學(xué)演化性質(zhì)，將這個(gè)知識(shí)利用上將提高定位的可靠性。本文利用DSLA，按空間寬帶+時(shí)間寬帶+空-時(shí)演化的方法，進(jìn)行空-時(shí)寬帶序貫貝葉斯濾波，以保證可靠的三維定位。
　　 本文主要研究?jī)?nèi)容為：
　　 1、水平線陣/圓環(huán)陣方位估計(jì)和垂直線陣距離——深度估計(jì)。
　

5、　 2、SLA及傾斜線陣三維匹配場(chǎng)定位。
　　 3、SLA三維定位序貫貝葉斯?fàn)顟B(tài)濾波。
　　 通過理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)室波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：
　　 1、水平陣可進(jìn)行目標(biāo)方位估計(jì)，基本無距離與深度估計(jì)能力，垂直線陣可進(jìn)行距離與深度估計(jì)，無方位估計(jì)能力。水平陣和垂直線陣這種空間模糊性質(zhì)，導(dǎo)致檢測(cè)與定位能力的下降。水平陣和垂直線陣檢測(cè)與定位能力弱的主要原因是水平線陣和垂直線陣為線陣、圓環(huán)陣為水平面陣，它們是空間窄帶

6、陣。
　　 2、傾斜線陣和圖釘陣雖均為三維陣，可進(jìn)行目標(biāo)三維定位，但均為空間窄帶陣。傾斜線陣是一個(gè)垂直放置的面陣，不具有空間寬帶特性；圖釘陣由一個(gè)水平圓環(huán)陣與一個(gè)垂直線陣構(gòu)成，是兩個(gè)空間窄帶陣的組合，不是真正意義下的空間寬帶陣。實(shí)際上，水平線陣、水平面陣、垂直線陣、傾斜線陣與圖釘陣均為DSLA的褪化形式。DSLA為大空間--帶寬乘積陣，具有優(yōu)于傾斜線陣、圖釘陣等空間窄帶陣的三維定位能力。
　　 3、本文利用目標(biāo)狀態(tài)向量的