基于主动声呐水下高速航行体测速技术研究

摘要

本论文以主动声呐测速作为研究对象，围绕主动声呐测速中影响测速精度的混响及水下背景噪声这两个干扰进行了研究。主要研究内容如下: 基于入水弹道理论及超空泡流体动力理论，建立常用坐标系，分析了航行体高速入水时的受力情况，忽略航行体的浮力等一些次要影响简化了动力学模型，结合牛顿第二运动定律，建立了航行体入水段的纵向动力学模型。 在航行体动力学模型的基础上，通过分析声呐常用波形的模糊度图，结合航行体入水速度快，加速度大的特点，结合多普勒频移理论，建立了抗混响的航行体长单频脉冲信号回波模型，提升了声呐检测精度。 对航行体回波信号中的水下背景噪声进行分析，研究了小波阀值降噪算法对主动声呐回波中背景噪声去噪的可能性。从小波变换理论出发，给出了小波阀值降噪法的基本原理和算法，分析了小波阀值降噪的主要影响因素，重点讨论了阀值函数，在已有阀值函数的基础上提出了一个介于软阀值与硬阀值之间的阀值函数。通过仿真实验，验证了该新型函数阀值函数在本文回波模型上具有良好的降噪性能，提高了声呐在干扰背景下的测量精度。 利用短时傅里叶变换作为时频分析工具，对降噪后的回波信号进行速度信息提取，通过仿真实验，将所提取的速度信息与原航行体的速度信息进行对比，验证该算法在主动声呐测速中的有效性。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题的背景及意义

1．2国内外水下高速航行体速度测量现状

1．3主动声呐的发展现状

1．4主动声呐信号处理发展现状

1．4．1水下目标特征提取、目标识别的发展现状

1．4．2声呐束波形成的发展现状

1．4．3数字声呐的发展现状

1．4．4小波变换在声呐信号领域的运用

1．5主动声呐测速的发展现状

1．6论文的研究内容

2小型水下高速航行体回波模型的建立及抗混响能力的研究

2．1高速航行体动力学模型

2．1．1常用坐标系的建立

2．1．2高速航行体运动学方程的建立

2．1．3高速航行体主要受力分析

2．1．4高速航行体运动方程组的建立

2．2主动声呐常用波形的抗混响能力分析

2．2．1单频脉冲信号(CW)

2．2．2线性调频信号(LFM)

2．2．3双曲线调频信号(HFM)

2．2．4主动声呐常用波形抗混响能力分析

2．3水下高速航行体的多普勒模型

2．3．1傅里叶分析

2．3．2短时傅里叶变换(Gabor变换)

2．4高速航行体回波的仿真与分析

2．5本章小结

3小波分析对噪声干扰背景下高速小目标的信号处理

3．1小波分析

3．1．1小波变换

3．1．2连续小波变换(Continuous Wavelet transform)

3．1．3离散小波变换

3．1．4二进小波变换

3．1．5小波基函数

3．1．6多分辨率分析

3．1．7小波变换的Mallat算法

3．2小波阀值降噪法

3．2．1小波阀值降噪法原理

3．2．2小波阀值降噪法的影响因素

3．3阀值的选取

3．4阀值函数的改进

3．5针对主动声呐波形的仿真实验

3．6本章小结

4基于主动声呐回波的水下高速小型航行体速度提取与分析

4．1位变率法

4．2回波脉冲比较法

4．3声呐多普勒测速

4．4主动声呐测速数值仿真

4．5本章小结

5总结

5．1本文主要贡献

5．2下一步工作展望

致谢

参考文献

附录