基于TRM技术的浅海目标探测方法研究

摘要

水声定位技术是水声技术中的一个非常重要也是最基本的问题。目前，在研究阶段人们所知的各种能量和传播介质形式中，在海水中声波传播性能为最好，声场是水中传播最远的物理场。在混浊又复杂的海水环境中，无论是光信号或是电磁波，它们的传播衰减程度都是非常大的，并且在海水介质中的传播距离也是十分有限的。水声定位技术在水中声信号的技术研究中担任着非常关键的角色，这是目标定位技术的作用所决定的。传统的自相关算法进行目标定位是通过对采集到的声信号进行自相关，根据自相关的特性提取信号的时间差值，实现目标定位。但是，在浅海水域由于受到环境以及浅海水域所特有的多途效应影响，易导致自相关后的波形携带虚假信息，无法准确定位。所以提出TRM技术实现信号聚焦，得到准确的相关波形，实现定位。
　　TRM技术分为阵列式和单水听器两种形式，阵列式 TRM技术可以在球面波声场实现信号能量聚焦，而单水听器无法实现，但是，在浅海水域却可以应用单水听器TRM实现信号能量聚焦，这正是结合了浅海水声特性得以实现，单水听器TRM技术具有隐蔽性较好和节省资源等优势。所以本文采用单水听器 TRM技术在浅海水域实现信号能量聚焦，从而实现目标定位。首先，利用射线理论建立单水听器TRM技术数学模型，设计水下声信号采集系统，用湖试实验模拟浅海水声环境，水下采集系统由声信号换能器、采集卡、信号调理器和LabVIEW软件构成。由于实验环境较为复杂，信号采集时会包含各种干扰，所以设计了水下声信号的预处理。其次，针对应用 TRM技术前后采集到的信号进行对比，从而验证使用TRM技术的优势与可行性，联合传统的相关函数算法确定直达波与只发生一次反射的信号波的时间差值。利用单水听器的数学模型与虚源法实现目标位置的水平距离和深度的测量，再联合线性布阵定位算法测量出目标位置的方位。最终实现目标的三维定位。经过实验数据验证了利用TRM技术提高了传统的相关算法浅海目标定位精度，证明此方法是可行的。

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第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

第2章 浅海声信号的传播特性及水声传播模型

2.1 浅海水域声信号的传播特性

2.2 水声传播模型

2.3 虚源法模型

2.4 浅海水声信道的多途性仿真及实测结果

2.5 本章小结

第3章 TRM浅海目标探测算法及仿真

3.1 TRM技术研究

3.2 单水听器TRM技术定位

3.3 TRM技术信道

3.4 本章小结

第4章 浅海声信号实验结果及分析

4.1 信号采集系统组成

4.2 实验环境

4.3 数据采集和数据处理

4.4 本章小结

第5章 浅海目标定位

5.1 基于虚源法的单水听器TRM技术

5.2 线性布阵方向定位

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