五元空间阵声被动定位算法及性能分析

针对四元阵存在定向精度与方位角有关和定距精度差的问题,提出了五元空间探测基阵的定位模型,即在高低四元阵的基础上,在中间增加一个阵元．根据被动声定位原理推导了定位算法,分析了阵列尺寸、时延估计误差、俯仰角和距离对定位精度的影响．仿真结果表明,该基阵具有良好的定位效果．     

空中炸点三基阵声学定位技术研究

多基阵联合定位有助于提高声学定距的精度。采用3个立体五元阵、数据处理器、GPS时间标记器和无线传输设备的声学子站建立了三基阵定位系统,对空中炸点进行定位。立体五元阵能去除声速的影响,具有良好的方位角和俯仰角测量精度,将各个子站方向线在中心站进行数据融合得到空中炸点的位置。三基阵孔径与最佳定位高度关系的仿真结果表明最佳定位高度约是三基阵孔径的1/3.已开展的实验计算结果显示该系统定距相对误差小于3%,定距精度比单基阵有较大提高。     

基于复合阵鱼雷声成像方位分辨率提高方法

研究了鱼雷基于预成空间密集波束进行声成像目标识别和精确制导的基阵设计与波束形成方法.针对鱼雷孔径小、空间尺度和可容纳的信号处理硬件规模有限等特点,提出了鱼雷声成像的非均匀复合基阵设计方法以及基于该复合阵设计的波束形成方法.与传统的鱼雷自导等效均匀线列阵设计相比,在相同阵列物理孔径条件下,该方法改善了波束空间指向性,提高了波束空间方位分辨力,在相同波束配置的要求下,该方法减少了阵元数和接收通道数,减小了阵列孔径及信号处理的硬件规模.仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

MK46鱼雷基阵处理方法研究

本文主要分析MK46鱼雷的方向特性，通过计算各通路间变压器匝数之比，推算出各阵元的加权系数，然后利用这些系数，分别计算出发射和接收共六个波束的指向性。所得结果与美方提供的参数非常一致，表明推算出的系数及所采用的计算波速的方法是正确的。同时指出该基阵存在的缺陷及改善其性能的方法。     

弹丸落点被动声定位方法

为提高目前炮兵定位以及靶场试验弹丸落点检查精度,提出一种基于五元十字阵的双基阵定位模型.分析五元十字阵中测距、阵元间距对定位精度的影响,介绍利用声传感器阵列的被动声定位方法,利用三角交会法对目标进行定位并仿真分析.仿真结果表明:基于五元十字阵的双基阵比单基阵的测距相对误差小,能够有效提高定位精度,具有较好的工程应用价值.     

基于多阵元基阵的超短基线声定位方法

传统超短基线声定位系统的基阵尺寸较小。无法实现对远距离目标的准确定位．进而成为超短基线定位系统在水声导航领域进一步被广泛应用的瓶颈。为此，文中探讨了采用多阵元基阵定位方法来提高系统的定位精度．并通过计算机仿真证明了该方法的可行性。     

鱼雷[U1]自导声对接式目标模拟器设计与实现

现有的大多数水下目标模拟器（包括针对声纳和鱼雷自导）在设计时未考虑信号接收端的换能器基阵特性,为能在陆上试验室条件下全面测试鱼雷自导系统性能,设计并实现了一种基于声对接方式的鱼雷自导目标模拟器,介绍了声对接式目标模拟器的组成及其相应功能,设计了阵元信号模拟器与声对接装置,完成了并行处理系统的硬件开发、声对接基阵与换能器阵元设计及声匹配材料的选取。通过对研制的声对接式目标模拟器的性能测试,并利用自导头通过声耦合对生成的阵元信号进行检验,结果证实了以声对接方式设计并实现的目标模拟器的可行性和有效性。该目标模拟器克服了对声学部件建模不精确所带来的影响,减少了鱼雷自导系统水下试验的次数,具有很好的实用价值。     

火箭噪声下的自导信号检测与参数估计

主要研究了某种高背景火箭噪声下的信号检测和参数估计;设计和研制了一种常用矩形平面声基阵,基于声基阵研究了CBF、MVDR等波束形成算法;通过湖上试验数据验证了2种算法在基阵信号上的可行性及性能,并对这2种算法进行了对比。结果表明:相比于常规波束形成方法,MVDR可用于高背景噪声下的信号处理,并能获取最优空间增益并且具有更好的指向性。     

弹丸落点双基阵声学定位技术研究

声测被动定位是弹丸落点定位技术的重要研究内容。传统的单基阵定位定距性能较差,而采用双基阵定位则可以有效解决这一缺陷。研究了双五元十字阵的平面交叉定位算法,对其定向和定距精度进行了理论推导和仿真分析,并进行了模拟实验。试验结果表明,双基阵定位相对定距和定向误差均小于2.5%,部分结果达到了理论分析的水平,性能较单基阵有了很大提升。     

基于声场预报的共形阵波束优化方法与实验研究

在工程实际中，声接收基阵波束设计和优化的一个重要问题是实际阵列流形的获取。由于实际测量阵列流形的工作面临很多困难，难以推广使用，本文提出声场预报的方法，使用ANSYS和SYSNOISE软件模拟测量阵列流形的过程，通过对复杂结构基阵的声场进行数值预报，得到了与实际相符合的基阵阵列流形，并通过共形阵水池实验验证了该方法的有效性。     

有限偶极子天线阵的电磁散射理论研究

研究了一种求解阵元为偶极天线的有限阵列的电磁散射的方法：利用RWG基函数和偶极模型的特殊性,将近似无穷小的偶极天线产生的电流代替由RWG基函数相邻边缘元素产生的电流,此方法有效地计算了散射场。讨论了RWG基函数的基本概念及其在计算阵列散射场中的应用,以极坐标的形式给出了不同的阵元间距、入射频率、入射角度以及不同阵元数目的散射场仿真图形,为其他形式的阵列天线散射特性研究提供了依据。     

三点法被动定位误差分析及修正

三点定位法是被动测距的经典方法,但在短基线阵条件下,实际测量的结果往往不理想。为了分析各种误差对测距的影响并提高测距精度,通过理论分析和计算机仿真研究了相同假设条件下基阵孔径、目标方位、安装误差和平台摇摆对三点法测距精度的影响,并讨论了后两者产生误差的补偿和修正方法。研究结果表明:在时延估计精度不变时,基阵的有效孔径与测距精度成反比的关系;欲将30°≤θ≤150°扇面测距误差控制在10%以下,要求时延测量精度控制在微秒量级;中心阵元安装误差对不同方向目标测距精度的影响亦不相同。误差的补偿和修正方法能提高三点法被动定位的测距精度。     

基于复合双基阵的弹丸落点观测声定位方法

基于单基阵的弹丸落点声定位方法存在定距误差大且定向误差小的缺点,针对此问题,利用双基阵交叉定位实现了落点定位。针对双基阵落点定位方法存在一定盲区的不足,提出了一种基于复合双基阵的弹丸落点观测声定位方法。以五元十字阵为复合阵列的基本单元,建立双基阵以及复合双基阵的数学模型,并对定位算法和定向、定距精度进行了理论推导和仿真分析,进行了外场模拟实验。实验结果表明:基于复合双基阵的弹丸落点声定位方法能够有效实现全区域的声定位,相对方位角误差和距离误差均小于4%,定位精度较高。     

基于数据融合的双基阵被动定位算法的研究

为了对低空飞行目标进行定位,提出一种基于数据融合的双基阵声测被动定位方法,并对定位算法和误差进行了理论分析和数值仿真。该方法采用单基阵估计的目标方位结合双基阵阵间时间延迟的方法进行目标融合定位,充分利用了基阵间的相干性。仿真表明,该方法具有较高的定位精度。该研究成果可直接用于空中运动目标的定位,也适用于地面运动目标的定位,还可推广到多基阵的运动目标声测被动定位。     

三角形五元十字混合阵列弹丸落点定位方法

针对靶场弹丸回收试验中弹丸落点定位精度低的问题,提出基于三个五元十字阵列组成三角形混合阵列的定位方法。该方法通过将三个五元十字阵列的中心传感器放置成为三角形阵列,以此组成混合阵列对弹丸落点定位,解决了五元十字单基阵定位精度低、双基阵对于特殊范围落点定位误差大的问题。仿真试验结果表明,采用混合阵列对弹丸落点定位的精度误差在1%以内,满足靶场对弹丸落点的全域定位精度要求。     

垂直矢量阵声图被动定位技术研究

在近场条件下,应用垂直矢量阵声图被动定位技术,能有效地抑制海洋多途影响,测定目标距离。由于垂直声压阵的自身指向性问题,无法测定目标方位,故讨论了垂直矢量阵的声图被动定位方法,利用矢量阵的指向性优势来获得声图测量的精确被动定位结果。仿真对比分析了水平阵与垂直矢量阵在多途条件的声图测量效果,此外,给出了单双目标2种情况下的垂直阵声图测量结果。研究发现:垂直阵声图测量由于物理优势比水平阵具有更好的抗多途性能,采用矢量阵可以克服声压阵的指向性缺陷测定目标方位,因而在多途海洋环境中利用垂直矢量阵进行近场目标被动定位具有可行性。     

双基阵纯方位水下被动目标的跟踪算法

双基阵纯方位水下被动目标的跟踪算法,以带拖曳阵声纳的潜艇为模型,将双基阵跟踪转化为随机跳动的特殊单基阵跟踪.当潜艇利用双基阵进行目标跟踪时,把双基阵跟踪等效成单站跟踪,再采用伪线性估计器对目标的运动要素进行解算.仿真结果表明该方法对目标和潜艇的运动态势有很强的适应能力.     

基于多径时延估计的单水听器被动定位

水下目标定位是水声工程中的基本问题之一,一般的定位方法需要多个阵元组成基阵,通过较复杂的阵列处理方法对目标定向定位。研究了单个水听器对水下目标被动定位的方法,采用倒谱法估计水面与水底反射相对于直达波的多径时延,推导了通过水面与水底多径时延估计目标深度与距离的公式,并通过湖上试验进行了验证。试验结果表明:单个水听器能够在垂直面上对水下目标定位,其距离、深度估计结果与实际基本相符。     

线阵相控阵换能器指向性研究

换能器是超声相控阵系统中的关键部件。指向性的好坏是衡量换能器性能的重要因素。文中对线阵相控阵换能器的空间指向性进行了系统的研究，分析了换能器各参数对声束主瓣、旁瓣和栅瓣的影响，最后给出了阵列换能器的设计原则。     

非典型声强向量阵对体积目标定向的基阵共用技术研究

舰船在近距离上应视为体积目标,提出利用非典型声强向量阵对体积目标各部位定向的基阵共用技术。体积目标中部、中后部辐射的低频声源用声强度向量法定向,尾部的高频声源用自适应有限冲击响应(FIR)高精度时延估计法定向,共用同一小尺度基阵。为验证此方案,在半消声室进行了非典型声强向量阵的定向实验,用3个扬声器模拟体积目标3个不同部位的声源。实验结果表明：对这3个部位的定向可取得满意的精度,且这3个不同部位可分。本项研究为在小尺度平台上同时实现对舰船三辐射声亮点的定向开辟了途径。