【摘要】：海表面波浪（簡(jiǎn)稱海面波）是海洋學(xué)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要領(lǐng)域。尤其近年來(lái)海面波在海洋物理學(xué)研究中越發(fā)受到國(guó)內(nèi)外關(guān)注。由于其承載著豐富的海洋信息，對(duì)其探測(cè)成為了近年來(lái)國(guó)際眾多科研部門(mén)爭(zhēng)相關(guān)注的焦點(diǎn)。人們通過(guò)對(duì)海浪波的探測(cè)，可以從中提取信息包括海洋海流，海底地貌，海面風(fēng)場(chǎng)，尤其是水下潛體移動(dòng)產(chǎn)生的擾動(dòng)信息的發(fā)現(xiàn)和提取，無(wú)疑是一種新興的間接的遙感探測(cè)潛艇的有效途徑。由于潛艇具有高度的隱蔽性和強(qiáng)大的打擊力，特別是潛伏藏匿在近海淺海內(nèi)的潛艇，對(duì)于重要的港口的海防以及海洋戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境保障構(gòu)成極大的威脅。針對(duì)這種背景，能夠有效地，準(zhǔn)確地對(duì)近海淺海內(nèi)的潛隱的潛艇進(jìn)行偵察和探測(cè)，，已經(jīng)是我國(guó)海防的迫切需求。本文從理論和實(shí)驗(yàn)研究提出了一種針對(duì)海面波探測(cè)反潛的新方法。 首先論文對(duì)于各種探潛方式進(jìn)行了分析和比較后，提出了利用條紋管高距離分辨率、高靈敏四維像成像（三維立體像+一維強(qiáng)度像）探測(cè)能力的激光成像雷達(dá)，對(duì)海平面小尺度波成像探測(cè)，探測(cè)潛艇尾流造成的海平面微尺度波擾動(dòng)的變化，間接探測(cè)到潛艇尾流，從而探測(cè)到潛艇。該方法可配合SAR大面積搜索提供的可疑區(qū)域，進(jìn)一步精細(xì)探測(cè)潛艇。 其次，論文介紹了高距離分辨率、高靈敏四維像成像系統(tǒng)條紋管激光成像雷達(dá)的成像原理。并且針對(duì)海面小尺度波浪探測(cè)探潛的三方面機(jī)理進(jìn)行了研究，即：（1）水下潛艇運(yùn)動(dòng)，由于水動(dòng)力學(xué)作用，對(duì)于海平面的影響。（2）海平面對(duì)于激光的散射作用，即海表面小尺度波浪的成像機(jī)理過(guò)程。（3）激光從雷達(dá)運(yùn)載平臺(tái)經(jīng)過(guò)海面大氣，發(fā)射到海表面，然后發(fā)生反射，反射光由單狹縫條紋管四維像探測(cè)器接收。以上三部分完成，使得應(yīng)用單狹縫條紋管高分辨率激光成像雷達(dá)在已有的研究基礎(chǔ)上，探測(cè)海表面小尺度波浪從而探潛就成為了可行。 針對(duì)上述三方面機(jī)理，首先本論文基于水動(dòng)力學(xué)原理，以國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)于水下潛艇航行引起的海面波浪變化進(jìn)行機(jī)理研究和計(jì)算仿真。對(duì)潛艇進(jìn)行三維建模，并利用流體力學(xué)計(jì)算軟件Fluent，對(duì)潛艇尾流流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析。利用P-M海浪譜，單獨(dú)建立海面模型，最后將這種水下潛艇尾流引起的海面波表象模擬出，并討論在潛艇自身參數(shù)以及特定海況環(huán)境對(duì)潛艇尾流海面小尺度映波的影響。此過(guò)程的模擬是應(yīng)用此方法探潛的基礎(chǔ)。為復(fù)雜的海洋環(huán)境中探測(cè)出潛艇產(chǎn)生的尾流擾動(dòng)建立一個(gè)理論基礎(chǔ)。 其次，在本文中，為了實(shí)現(xiàn)最終采用機(jī)載平臺(tái)的探測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)，建立了機(jī)載模型，討論本系統(tǒng)在水平二維空間方向上可達(dá)到的分辨率以及豎直方向上的距離分辨率。搭建了單狹縫條紋管激光成像雷達(dá)海上實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)本裝置的靈敏度和距離分辨率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，證實(shí)本套系統(tǒng)具有探測(cè)海平面小尺度波浪的能力。并且從激光雷達(dá)方程出發(fā)，通過(guò)推導(dǎo)條紋管激光成像雷達(dá)對(duì)于海洋表面探測(cè)成像的回波能量，從理論上得出本探潛方案是可行的。 以上述仿真和理論計(jì)算為基礎(chǔ)，應(yīng)用條紋管激光成像雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，在黃海、渤海、南海等地進(jìn)行多次了小尺度波浪實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，并獲得高距離分辨率波高為20cm左右小尺度波浪的條紋像，驗(yàn)證了二尺度波模型等海浪基本理論。通過(guò)對(duì)不同條件下船舶尾跡的探測(cè)成像與水動(dòng)力學(xué)模擬潛艇引起海面波動(dòng)的變化相對(duì)比，證明應(yīng)用單狹縫條紋管激光成像雷達(dá)，在機(jī)載平臺(tái)上對(duì)潛艇尾流的海表面表象探測(cè)的可行性。 最后綜合以上的理論計(jì)算，模擬仿真以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了相應(yīng)的海表面距離像和強(qiáng)度像提取及圖像的處理方法，具有提高距離像（波高）與強(qiáng)度像準(zhǔn)確度等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，提出了利用頻域?yàn)V波方法提取海面復(fù)雜背景下，潛艇內(nèi)波尾流海面映波尾跡的圖像處理方法，從而獲得到清晰的潛艇內(nèi)波尾流海面映波波高和尾跡圖像。并討論海面其他綜合因素對(duì)本系統(tǒng)海表面小尺度波浪探測(cè)探潛的影響。從而得出利用單狹縫條紋管激光成像雷達(dá)小尺度波浪探測(cè)探潛適用條件。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN958.98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2439539