長(zhǎng)基線定位信號(hào)處理若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、聲學(xué)定位與導(dǎo)航技術(shù)是水下目標(biāo)跟蹤的核心技術(shù)，是海洋科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。隨著國(guó)家對(duì)海洋開(kāi)發(fā)和海防建設(shè)的高度重視和巨大投入，聲學(xué)定位與導(dǎo)航技術(shù)迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。 本文主要針對(duì)長(zhǎng)基線聲學(xué)定位中的信號(hào)處理若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要內(nèi)容包括基于濾波和陷波組合應(yīng)用的多通道自適應(yīng)Notch濾波器組設(shè)計(jì)、基于信道多途抑制的時(shí)延估計(jì)技術(shù)、基于瞬時(shí)參數(shù)估計(jì)的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)等。 單通道自適應(yīng)Notch濾波器是提取單頻信號(hào)的有效手段，

2、但是當(dāng)面臨多個(gè)線譜成份時(shí)，其性能明顯下降。本文分析了并聯(lián)多通道和級(jí)聯(lián)多通道自適應(yīng)Notch濾波器的特性，提出了濾波和陷波功能組合使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)和構(gòu)建了多通道自適應(yīng)Notch濾波/陷波器組，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)單頻信號(hào)的分別提取，并且避免了線譜干擾源引起的包絡(luò)波動(dòng)，從而提高了信號(hào)檢測(cè)能力。目前，這種濾波器組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已應(yīng)用到工程實(shí)踐當(dāng)中，效果良好。 時(shí)延估計(jì)誤差是影響系統(tǒng)定位精度的重要因素之一。由于水下聲信道的多途特性，接收點(diǎn)信號(hào)的

3、幅度、相位、頻率發(fā)生畸變，對(duì)時(shí)延估計(jì)精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響?；陂L(zhǎng)基線系統(tǒng)的定位導(dǎo)航原理，本文分析了單陣元時(shí)延估計(jì)誤差對(duì)系統(tǒng)定位精度的影響，論證了目標(biāo)位于陣內(nèi)不同位置時(shí)直達(dá)聲和海面一次反射聲相位差的變化規(guī)律，探討了界面反射對(duì)系統(tǒng)定位精度影響的物理機(jī)理，并利用信號(hào)疊加特征提出了一套信道多途抑制新策略。該策略對(duì)提高系統(tǒng)檢測(cè)“相消干涉”信號(hào)的能力和時(shí)延估計(jì)精度、改善聲學(xué)定位系統(tǒng)性能有積極作用。 參數(shù)估計(jì)理論在信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用極大地促進(jìn)

4、了信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。瞬時(shí)頻率方差檢測(cè)器(VIFD)是一種典型的基于瞬時(shí)頻率估計(jì)的信號(hào)檢測(cè)器，它運(yùn)算量小、性能穩(wěn)健，成功解決了工程中檢測(cè)多通道CW信號(hào)、抗通道串漏、抗混響干擾等技術(shù)問(wèn)題，但該檢測(cè)器只適用于載頻恒定的信號(hào)。本文將VIFD的檢測(cè)思想予以推廣，利用LFM信號(hào)和HFM信號(hào)的頻率特征，提出了兩種新型“瞬時(shí)參數(shù)方差檢測(cè)器”——調(diào)頻斜率方差檢測(cè)器(VFMSD)和周期斜率方差檢測(cè)器(VPSD)。另外，針對(duì)其他信號(hào)形式，借用參數(shù)估計(jì)中的

5、最小均方誤差概念，設(shè)計(jì)了瞬時(shí)頻率均方誤差檢測(cè)器(MSEIFD)，提出了匹配濾波器(MF)與MSEIFD聯(lián)合檢測(cè)的思想，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 水聲收發(fā)機(jī)是大型水聲測(cè)控裝備項(xiàng)目——SUNO系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。本文基于SUNO系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套多功能水聲收發(fā)機(jī)，介紹了水聲收發(fā)機(jī)的軟、硬件設(shè)計(jì)思想和實(shí)施方案，并通過(guò)模擬器、湖試和海試試驗(yàn)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，同時(shí)利用消聲水池定點(diǎn)測(cè)試和高精度定位標(biāo)定系統(tǒng)分析了該套系統(tǒng)的定位精度。