高速合作目标水下定位关键技术研究

摘要

近年来各国对海洋权益以及海防建设的重视逐步提高，使得声学技术成为水下定位最为有效的手段之一，也是组成国家海洋学科领域的重要部分。
　　高速合作目标水下定位系统是以长基线定位方式进行定位的系统，以同步信标的模式进行工作。系统主要功能是对高速合作目标水下的位置进行高精度定位，并将测量得到的运动轨迹实时显示在计算机上，其能力主要体现在能对高速运动合作目标进行持续跟踪。本文主要对高速合作目标水下定位系统的信号预处理方法、检测方法以及参数估计三个方面进行研究。
　　本文首先对高速合作目标水下定位系统的信号预处理方法进行了研究，介绍了自适应Notch滤波器的原理，对其特性进行了仿真分析，随后讨论了不同参数对自适应Notch滤波器滤波效果的影响。由于本系统将是对多个通道信号进行处理，进而对并行多通道Notch滤波器进行了研究，并将其与单通道进行了性能对比，得到对于含有多个频率分量的信号采用并行多通道Notch滤波器滤波效果更好的结论。
　　在第二部分则对本系统所采用的两种信号检测方法进行了研究，即抗通道串扰检测和抗信道多途检测。抗通道串扰方面，本系统主要是利用VIFD的抗串扰特点提出抗通道串扰联合检测的思想，即包络检波、鉴宽器与VIFD联合检测，并对联合检测后的效果进行了仿真验证;抗信道多途方面，系统针对由“相消干涉”现象引起的直达声漏报这一情况，提出以双重宽度判决及时间间隔判决为核心的抗信道多途检测方法，并对抗信道多途的效果进行了仿真验证。
　　在参数估计部分，本文主要研究了基于相位补偿的时延估计方法和基于频点自跟踪器的自适应频率估计方法。仿真分析了不同信噪比下基于相位补偿的时延估计性能和不同信噪比下频点自跟踪自适应的频率估计效果。
　　为了验证上述内容，本文采用实验室电联调和湖试试验两种方式对其进行验证，从而证实了高速合作目标水下定位系统所采用信号处理和检测方法是有效且实用的。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及意义

1．2水声定位系统概述

1．3水声信号处理方法简介

1．3．1主动声呐系统信号处理

1．3．2被动声呐系统信号处理

1．4高速合作目标水下定位系统概述

1．5论文内容安排

第2章信号预处理方法研究

2．1自适应Notch滤波器基本理论

2．1．1自适应滤波技术

2．1．2最小均方(LMS)算法

2．1．3自适应Notch滤波器原理

2．2自适应Notch滤波器特性仿真分析

2．2．1单通道Notch滤波器滤波效果

2．2．2 Notch滤波器动态特性

2．2．3 Notch滤波器稳态特性

2．3不同参数对Notch滤波器滤波效果的影响

2．3．1步长值对滤波器的影响

2．3．2信号中心频率对滤波器的影响

2．3．3直流分量对自适应滤波器的影响

2．4并行多通道Notch滤波器

2．5单通道与并行多通道Notch滤波器性能对比

2．6本章小结

第3章信号检测方法研究

3．1抗通道串扰的检测方法

3．1．1通道串扰的产生

3．1．2通道串扰对定位系统的影响

3．1．3抗通道串扰的联合检测

3．2抗信道多途的检测方法

3．2．1相消干涉现象的产生

3．2．2相消干涉对定位系统的影响

3．2．3抗信道多途的检测策略

3．3本章小结

第4章参数估计方法研究

4．1基于相位补偿的高精度时延估计

4．1．1基于相位补偿的时延估计原理

4．1．2基于相位补偿的时延估计性能分析

4．2频点自跟踪自适应频率估计

4．2．1频点自跟踪自适应频率估计原理

4．2．2频点自跟踪自适应频率估计器实现方法

4．2．3频点自跟踪自适应频率估计仿真实验

4．3本章小结

第5章电模拟器联调与湖试试验结果

5．1电模拟器联调

5．1．1多通道信号滤波功能的验证

5．1．2抗通道串扰性能的验证

5．1．3抗信道多途功能的验证

5．2湖试验证

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢