AUV舷侧阵浅海远程目标定位方法研究
发布时间：2022-01-26 16:29
近年来,随着具有海岸线国家的沿海局部冲突加剧,各国海军的战略重点逐渐由深海向浅海区域转移,自主式无人潜航器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）灵活性以及隐蔽性的特点使它更适合在这种敏感和存在争议的海区执行水下军事任务。舷侧阵被动声呐是AUV使用的重要探测装备,但由于AUV的长度有限,其舷侧阵通常很难获得足够的空间处理增益。而且,浅海有着比深海更加复杂的声传播环境,通常会导致基于平面波假设以及其它简化水声传播模型的阵列信号处理方法性能大幅度降低甚至失效,尤其是在低频远距离传播的情况下。所以,关于浅海声源的被动定位研究一直是既困难又富有挑战性的课题。为此,本文在总结和分析国内外已有研究工作的基础上,主要针对上述问题,对在复杂浅海环境中如何使用AUV舷侧阵以实现远程目标的被动定位进行了研究。近些年兴起的匹配场处理技术,其方法中融入了更贴近于实际海洋环境的水声传播模型,它实际上是利用大孔径声呐采集并处理目标声源在复杂海洋环境中产生的独特声场信息,从而将声源从各种干扰和噪声的背景中分离出来。在能够得知足够海洋环境信息的情况下,匹配场处理方法表现出了非常好的估计性...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 浅海声学概述
1.1.2 无人潜航器技术及其应用
1.1.3 舷侧阵被动声呐简述
1.2 水中声源被动定位方法综述
1.2.1 平面波波束形成技术
1.2.2 波前曲率测距法
1.2.3 目标运动分析法
1.2.4 多径测距法
1.2.5 匹配场定位方法
1.3 基于AUV舷侧阵的目标被动定位方法研究现状
1.3.1 被动合成孔径处理
1.3.2 基于水平线列阵的匹配场定位方法
1.4 论文的主要研究工作和内容安排
第二章 基于静止水平短线列阵的匹配场定位性能分析
2.1 常用的匹配场处理器
2.1.1 线性匹配场处理器
2.1.2 最小方差无畸变响应匹配场处理器
2.1.3 白噪声抑制最小方差无畸变响应匹配场处理器
2.1.4 宽带匹配场处理器
2.2 声场建模方法
2.2.1 波动方程和Helmholtz方程
2.2.2 射线理论模型
2.2.3 简正波模型
2.2.4 波数积分模型
2.2.5 抛物线方程模型
2.2.6 三维声场建模
2.3 基于静止水平短线列阵的匹配场定位
2.3.1 测试环境和方案
2.3.2 测试结果及分析
2.4 本章小结
第三章 基于运动水平短线列阵的匹配场定位方法
3.1 数据模型
3.2 采样位置间的非相干处理
3.3 采样位置间的相干处理
3.4 本章小结
第四章AUV舷侧阵的运动状态分析
4.1 AUV的定位问题分析
4.2 粒子滤波
4.2.1 状态空间模型与递推贝叶斯估计
4.2.2 序贯蒙特卡罗方法
4.2.3 粒子滤波算法
4.2.4 粒子滤波算法中的粒子贫化问题
4.3 基于小波变换的灰粒子滤波算法(WG-PF)
4.3.1 AUV的系统建模
4.3.2 灰预测算法
4.3.3 基于小波变换的观测噪声统计特性估计
4.3.4 WG-PF算法的执行步骤
4.4 基于多模型的粒子滤波算法(MMPF)
4.5 自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)
4.5.1 标准的EKF算法
4.5.2 系统观测噪声的自适应
4.5.3 系统过程噪声的自适应
4.6 试验描述与结果分析
4.6.1 试验描述
4.6.2 试验结果及分析
4.7 本章小结
第五章 基于AUV舷侧阵的远程目标被动定位方法
5.1 定位方法描述
5.2 二维被动定位
5.2.1 测试环境描述
5.2.2 测试结果及分析
5.3 三维被动定位
5.3.1 测试环境描述
5.3.2 测试结果及分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文研究总结
6.2 论文研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
博士论文
[1]基于组合水听器的浅海水面水下目标分类技术研究[D]. 张毅锋.哈尔滨工程大学 2021
[2]基于仿生时延放大机制的声定位方法研究[D]. 杨铭.上海交通大学 2017
本文编号：3610811
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 浅海声学概述
1.1.2 无人潜航器技术及其应用
1.1.3 舷侧阵被动声呐简述
1.2 水中声源被动定位方法综述
1.2.1 平面波波束形成技术
1.2.2 波前曲率测距法
1.2.3 目标运动分析法
1.2.4 多径测距法
1.2.5 匹配场定位方法
1.3 基于AUV舷侧阵的目标被动定位方法研究现状
1.3.1 被动合成孔径处理
1.3.2 基于水平线列阵的匹配场定位方法
1.4 论文的主要研究工作和内容安排
第二章 基于静止水平短线列阵的匹配场定位性能分析
2.1 常用的匹配场处理器
2.1.1 线性匹配场处理器
2.1.2 最小方差无畸变响应匹配场处理器
2.1.3 白噪声抑制最小方差无畸变响应匹配场处理器
2.1.4 宽带匹配场处理器
2.2 声场建模方法
2.2.1 波动方程和Helmholtz方程
2.2.2 射线理论模型
2.2.3 简正波模型
2.2.4 波数积分模型
2.2.5 抛物线方程模型
2.2.6 三维声场建模
2.3 基于静止水平短线列阵的匹配场定位
2.3.1 测试环境和方案
2.3.2 测试结果及分析
2.4 本章小结
第三章 基于运动水平短线列阵的匹配场定位方法
3.1 数据模型
3.2 采样位置间的非相干处理
3.3 采样位置间的相干处理
3.4 本章小结
第四章AUV舷侧阵的运动状态分析
4.1 AUV的定位问题分析
4.2 粒子滤波
4.2.1 状态空间模型与递推贝叶斯估计
4.2.2 序贯蒙特卡罗方法
4.2.3 粒子滤波算法
4.2.4 粒子滤波算法中的粒子贫化问题
4.3 基于小波变换的灰粒子滤波算法(WG-PF)
4.3.1 AUV的系统建模
4.3.2 灰预测算法
4.3.3 基于小波变换的观测噪声统计特性估计
4.3.4 WG-PF算法的执行步骤
4.4 基于多模型的粒子滤波算法(MMPF)
4.5 自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)
4.5.1 标准的EKF算法
4.5.2 系统观测噪声的自适应
4.5.3 系统过程噪声的自适应
4.6 试验描述与结果分析
4.6.1 试验描述
4.6.2 试验结果及分析
4.7 本章小结
第五章 基于AUV舷侧阵的远程目标被动定位方法
5.1 定位方法描述
5.2 二维被动定位
5.2.1 测试环境描述
5.2.2 测试结果及分析
5.3 三维被动定位
5.3.1 测试环境描述
5.3.2 测试结果及分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文研究总结
6.2 论文研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
博士论文
[1]基于组合水听器的浅海水面水下目标分类技术研究[D]. 张毅锋.哈尔滨工程大学 2021
[2]基于仿生时延放大机制的声定位方法研究[D]. 杨铭.上海交通大学 2017
本文编号：3610811
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3610811.html
