【摘要】： 水聲定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事和民用的各個(gè)領(lǐng)域,為海洋的開(kāi)發(fā)和利用提供精確的空間位置和技術(shù)支持,是海洋科學(xué)技術(shù)的重要組成部分,不斷地推動(dòng)著海洋科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。 本論文的主要工作包括導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),對(duì)影響系統(tǒng)性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)——導(dǎo)航定位精度和作用距離進(jìn)行分析論證,水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒測(cè)量技術(shù)及自適應(yīng)濾波器頻點(diǎn)自跟蹤技術(shù),海底應(yīng)答器陣位測(cè)量技術(shù),最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的工作性能。 在分析了設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想:通過(guò)在海底布放大范圍的應(yīng)答器陣完成對(duì)水下目標(biāo)的導(dǎo)航功能,通過(guò)海面的浮標(biāo)和工作母船上的船載測(cè)距儀完成定位監(jiān)測(cè)功能;由于單陣元水聲作用距離有限,通過(guò)無(wú)線電和水聲聯(lián)合工作,實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的大范圍測(cè)量和應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)距離管理控制。給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和導(dǎo)航定位原理;針對(duì)系統(tǒng)功能指標(biāo)的要求論證了水聲信號(hào)處理和無(wú)線電、水聲通信方案。 通過(guò)對(duì)導(dǎo)航定位原理的分析,確定了影響系統(tǒng)定位精度的主要因素為測(cè)時(shí)誤差、測(cè)陣誤差和測(cè)速誤差,討論了各因素對(duì)導(dǎo)航定位精度的影響,為測(cè)時(shí)方案和測(cè)陣方案的制定提供了理論依據(jù);在理論上分析了天線高度與無(wú)線電通信距離的關(guān)系,為無(wú)線電遙控平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);進(jìn)行了導(dǎo)航定位作用距離的指標(biāo)論證,分析了指標(biāo)規(guī)定的極限距離條件下利用所設(shè)計(jì)的水聲信號(hào)處理算法能達(dá)到的測(cè)時(shí)精度和系統(tǒng)的定位精度。 水下目標(biāo)在航行過(guò)程中發(fā)送詢問(wèn)信號(hào),在接收陣元將產(chǎn)生多普勒現(xiàn)象,本文中提出了一種基于時(shí)延差的多普勒測(cè)量方法,該方法通過(guò)測(cè)量接收信號(hào)的時(shí)延差,實(shí)現(xiàn)高精度的多普勒估計(jì),將其估計(jì)多普勒的性能與工程上廣泛應(yīng)用的自適應(yīng)Notch濾波器頻率估計(jì)器的多普勒估計(jì)性能進(jìn)行了對(duì)比研究。分析了Notch濾波器的帶寬和中心頻率對(duì)處理增益的影響,將測(cè)得的多普勒用于調(diào)整Notch濾波器的中心頻率,實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)自跟蹤,以達(dá)到提高信號(hào)處理增益和增大作用距離的目的。建立了一個(gè)測(cè)量徑向速度求解目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度的模型,完成對(duì)水下目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度的監(jiān)測(cè)。 本系統(tǒng)通過(guò)海面和海底的陣元實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的導(dǎo)航定位,陣元的定位精度是影響導(dǎo)航定位精度的重要因素之一。水面的陣元可以借助GPS得到精確的陣位坐標(biāo),海底的應(yīng)答器陣則需要進(jìn)行陣位坐標(biāo)校準(zhǔn)。針對(duì)本系統(tǒng)大范圍應(yīng)答器陣校準(zhǔn)的要求,設(shè)計(jì)了一套絕對(duì)測(cè)陣與相對(duì)自測(cè)陣相結(jié)合的海底應(yīng)答器陣位測(cè)量方案,利用本系統(tǒng)的無(wú)線電和水聲的組合遙控功能避免了工作船遠(yuǎn)距離航行,實(shí)現(xiàn)了高效、精確的陣位測(cè)量。海水中的聲速分布是多變的,聲線傳播會(huì)產(chǎn)生測(cè)距誤差進(jìn)而影響應(yīng)答器陣位的測(cè)量精度,本文采用了射線聲學(xué)分層介質(zhì)的方法對(duì)測(cè)陣過(guò)程中的聲線修正問(wèn)題進(jìn)行了研究,提高了應(yīng)答器的定位精度,并進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證。 最后,給出了本系統(tǒng)各個(gè)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和工作原理,通過(guò)湖上試驗(yàn)和海上試驗(yàn)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證,系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)均滿足要求,試驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的總體設(shè)計(jì)方案的可行性和可靠性。
【圖文】：

傳感器，系統(tǒng)的定位精度可以達(dá)到作用距離的0.2%。年n月配有該系統(tǒng)的深海發(fā)現(xiàn)者號(hào)(DiscoverDeepSeas)已于在墨西(GulfofMexie。)創(chuàng)造了新的深潛記錄，下潛達(dá)到了305一m[2，]。2004日本海洋科學(xué)與技術(shù)中心把該系統(tǒng)應(yīng)用到某一深海調(diào)查設(shè)備并下7000m水深進(jìn)行海洋地址調(diào)查[22]。英國(guó)的PMES公司于1999年推出了SmartTrack水聲定位系統(tǒng)，該為一套長(zhǎng)基線水聲定位系統(tǒng)，利用海面浮標(biāo)作為陣元載體，位置信息可GPS實(shí)時(shí)獲得，不再需要依托海底來(lái)固定它的跟蹤陣形，也擺脫了母船載輕易地在海面上獲得了數(shù)千米的基線長(zhǎng)度，是真正意義上的海面基陣可水聲定位系統(tǒng)，其定位精度高達(dá)sm。在定位技術(shù)上，由于結(jié)構(gòu)及應(yīng)用原主要采用異步工作方式，對(duì)同步工作方式，雖有硬件的支持，但尚需進(jìn)定的開(kāi)發(fā)工作;為解決遠(yuǎn)距離上的抗距離模糊問(wèn)題，采用了DIFAR定位羅經(jīng)測(cè)向的硬件辦法。該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于英國(guó)、澳大利亞等國(guó)的水下靶場(chǎng)及其它民用領(lǐng)域，比較先進(jìn)可靠。Di任e公elld日OPS

哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文方法。另一種校準(zhǔn)方法如圖1.5所示，主要方法是應(yīng)答器具有“智能”，可根據(jù)來(lái)自船上的指令，重復(fù)測(cè)量其到達(dá)別的應(yīng)答器的基線長(zhǎng)度，經(jīng)數(shù)據(jù)傳理后，該應(yīng)答器將測(cè)距數(shù)據(jù)連同深度(壓力)數(shù)據(jù)一同打包發(fā)送回船上。后，一個(gè)或更多的其他應(yīng)答器重復(fù)上述過(guò)程，測(cè)量出應(yīng)答器陣的每條邊長(zhǎng)，，進(jìn)而解算出應(yīng)答器的相對(duì)位置。最著名的“智能應(yīng)答器”商品設(shè)備由Sonard提供[70]。經(jīng)過(guò)一系列較淺水域(7一16m)200m基線的試驗(yàn)，oceano高頻統(tǒng)和Sonardyne系統(tǒng)的基線測(cè)量精度約有16cm的標(biāo)準(zhǔn)差[?’]。可以說(shuō)海底答器的“智能”自校準(zhǔn)技術(shù)是在應(yīng)答器校準(zhǔn)技術(shù)上最重要的進(jìn)步之一。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：P733.2

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 宋陽(yáng);海底應(yīng)答器陣位測(cè)量系統(tǒng)若干技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

2 李陽(yáng);短基線陣信號(hào)接收及處理平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2695489