【摘要】：超聲波探測的定位技術(shù)對提高深彈的毀傷效果十分重要�，F(xiàn)代水中武器系統(tǒng)對引信目標(biāo)探測器精確定位的要求越來越高,開展新的目標(biāo)探測與定位技術(shù)研究,使引信目標(biāo)探測器具有快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤目標(biāo)的能力,這對提高水中武器彈藥的綜合作戰(zhàn)能力具有重要意義。本文圍繞引信超聲波探測的定位關(guān)鍵問題,開展引信用簡易的二元二維定位技術(shù)研究�；诼晠取⑺曅盘柼幚砝碚�,分析了海中聲信道中聲速、傳播損失、傳播干擾,推導(dǎo)了適用于水中超聲探測器的體積混響模型;通過對發(fā)射波形的分析,給出了適用于水中超聲探測的信號波形;通過模糊度函數(shù)分析得到了信號的脈沖寬度,通過噪聲、混響與回波比值分析,推導(dǎo)出了適用于水中超聲探測的信號頻率;通過探測距離分析,獲得探測信號的周期;通過對回波檢測模型的分析得到了測量獲取目標(biāo)回波的時延和頻移的條件。根據(jù)三元時延定位和二元壓差定位原理,分析了三元時延定位三陣元和壓差定位四個陣元的特點(diǎn),討論了生物探測定位的原理,提出了基于生物脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理模型和仿生雙耳定位機(jī)理的二元二維定位方法。設(shè)計(jì)了時延和聲壓差二元二維算法,即將一維時延信息與一維聲壓信息相結(jié)合的算法,采用克拉美-羅下限參數(shù)估計(jì)理論對算法誤差進(jìn)行估計(jì),分析了估計(jì)誤差在平面內(nèi)的分布、估計(jì)誤差與兩換能器距離變化關(guān)系、目標(biāo)與兩換能器距離差和聲壓能量同目標(biāo)位置估計(jì)誤差的關(guān)系。對時延信息估算方法進(jìn)行了選擇,改進(jìn)了聲壓計(jì)算方法,仿真結(jié)果表明了時延和聲壓差二元二維算法的可行性。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)時延和聲壓差二元二維定位的并聯(lián)發(fā)射-串聯(lián)接收換能器連接基陣及收發(fā)電路。在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)中實(shí)現(xiàn)二元二維定位算法,算法單元主要由先入先出單元、“乒乓”存儲單元、時延單元、聲壓單元和定位單元構(gòu)成;時延單元由傅里葉變換子單元、取共軛子單元、PHAT加權(quán)子單元、傅里葉逆變換子單元、取模子單元、極值檢測子單元組成;采用異步FIFO作為存儲器,來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在FPGA各單元不同時鐘系統(tǒng)中的異步跨時鐘傳輸;四塊存儲器Block0-Block3來實(shí)現(xiàn)“乒乓”操作;FFT/IFFT子單元采用基2的時間抽選法實(shí)現(xiàn),通過算法改進(jìn)和流水線處理,加快了蝶形運(yùn)算速度。仿真實(shí)驗(yàn)表明在FPGA硬件中實(shí)現(xiàn)的算法在微秒數(shù)量級內(nèi)可完成定位運(yùn)算,可以滿足實(shí)時定位要求。建立了新型超聲波基陣探測模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對定位算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和模擬水池測試實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性與定位算法的有效性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)目標(biāo)和探測器距離在6m以內(nèi)近距探測定位相對誤差小于5%。模擬水池測試實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)目標(biāo)和探測器距離在3.5m以內(nèi)時定位相對誤差小于4%,接近仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的定位精度,可以用于今后的引信目標(biāo)探測器超聲波探測與定位的動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TJ430;TB559
【圖文】：

ＲＢＵ－１０００他羿斯邐６邐１０００邐５５／ＲＢＵ－６０００邐＾邐１２邐６０００邐２１邐定時／觸發(fā)邐博福斯邋辟＊邐４邐３５５－３６００邐８０－１２５邐埃爾瑪邐９邐２５０－３５０邐聚能吸附邐疋時／觸＆邐挪威邐６邐３０００邐４１邐聲近炸／定時／觸發(fā)邐ＭＫ１０逡逑ＭＫ５４邐法國邐６邐６００－１６００邐１００邐定時／觸發(fā)邐我國從１９５９年開始進(jìn)行深彈研制，最初以仿制前蘇聯(lián)在二戰(zhàn)及戰(zhàn)后發(fā)主，１９６５年后開始由仿制進(jìn)入自主研制階段，表１．２［１５］為我國部分深彈武器信，其作用機(jī)理主要為觸發(fā)／延時。火箭深彈作為反潛中的主要武器之一，需要高其性能，以滿足未來海戰(zhàn)的需要，其在以下幾個方面將會進(jìn)一步發(fā)展：（１）距離，隨著潛艇攻擊距離的提高，火箭深彈的投擲距離也要隨之提高；（２）提發(fā)展深彈的自導(dǎo)能力、采用多種復(fù)合引信提高深彈的殺傷力。（３）向多功能發(fā)反潛以外，還可以攔截魚雷和反艦導(dǎo)彈、掃除水雷等。（４）改進(jìn)火控系統(tǒng)，由控系統(tǒng)增加作戰(zhàn)指揮功能。逡逑邐表１．２我國部分深彈武器系統(tǒng)配置表深彈邐６２式深彈邐６４式深彈邐７５式深彈邐８１式２５引信邐深時－Ｉ引信邐深時－Ｉ引信邐深聯(lián)－Ｉ引信邐深聯(lián)－深彈引信基本組成結(jié)構(gòu)如圖１．１所示［１６］。逡逑

技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對深彈的作戰(zhàn)效能提出了更高的同，其作用方式和作用時機(jī)也不同，直接影響了深彈的作戰(zhàn)和被動聲兩大類。被動聲引信主要利用目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行目雷，但由于潛艇消聲降噪技術(shù)的不斷發(fā)展，使得海洋的環(huán)境近［１８］，從而使得應(yīng)用被動聲引信進(jìn)行探測更加困難，而主動目標(biāo)的聲回波探測目標(biāo)，與主動聲吶探測有相似之處，但探測引信可對目標(biāo)方位、距離等進(jìn)行探測，可有效控制炸點(diǎn)，獲術(shù)已在引信的探測器中普遍應(yīng)用。國外所裝備的深水炸彈中，。例如，意大利海軍設(shè)計(jì)的ＭＳ５００型深水炸彈，入水７米發(fā)射周期自動可調(diào)，探測范圍為３００米。ＭＳ５００在垂直面能實(shí)標(biāo)距離達(dá)到極小值時為引信作用點(diǎn)。為探測海底近距離目標(biāo)應(yīng)程序，使其在到達(dá)海底或某一設(shè)定距離時引爆，其外觀圖及示［８］，該深彈主要由聲吶、戰(zhàn)斗部、掛環(huán)、尾椎、平衡器等ｍ，最小脈沖ｌｍｓ，脈沖間隔２００ｍｓ［８］。逡逑掛環(huán)邐尾椎逡逑

圖１．４換能器示意圖逡逑單頻超聲波信號產(chǎn)生容易、處理簡單，可用于目標(biāo)位置及速度判斷，它的工作原理逡逑框圖如圖１．５［２（Ｗ４］所示，探測器系統(tǒng)由單頻信號發(fā)生器、收發(fā)電路、收發(fā)共用水聲換能逡逑器、混頻器、多信號處理電路和判決輸出電路組成，判決輸出電路輸出的“起爆控制信逡逑７逡逑

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本文編號：2800456