基于水声信道多径结构的被动定位方法研究

摘要

本文主要研究浅海信道的多径结构，提取出信道的多径时延，并利用多径时延进行目标被动定位。
　　特定声传播条件下的声信道时延结构可通过声场建模模型计算得到，本文主要运用Porter开发的BELLHOP声场建模模型。利用倒谱技术对实际接收信号进行分析可以将多途信号的激励与信道分离。通过对比BELLHOP模型计算出的声信道时延结构与倒谱历程图中代表本征路径的倒谱条纹来确定每条倒谱条纹所代表的本征路径，这样就获取了实际环境下本征路径的时延结构。基于多径时延结构的公式计算方法是在理想化了的水域声速分布、水面水底特性等水文环境知识的基础上，利用射线声学理论以及几何关系推导的距离计算公式。根据利用的声线结构的差别，这些方法有DS方法、DB方法和DSB方法。
　　本文对大量的实验数据进行了分析。对实验数据的分析后我们看到，在环境较理想的条件下，利用BELLHOP模型计算得到的信道函数与实际辐射噪声的倒谱条纹进行对比可以比较精确地获取声信道的多径时延，进而能够对目标距离进行有效估计。但这种获取声信道多径时延结构的方法存在着对环境因素比较敏感的缺陷。另外，由于基于多径时延结构下的距离计算公式是在理想环境下推导出的，其中最主要的条件有两个:一是声信道的声速梯度为零;二是信道的界面要接近平面。这两个条件在实际环境中并不总是可以得到满足的，因此，也限制了这种距离计算方法在实际环境中的应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 被动定位的历史和发展状况

1．3 本论文的研究内容

第二章 海洋声信道

2．1 引言

2．2 海洋中的声速和介质分层性质

2．2．1 海洋中的声速

2．2．2 海洋介质分层性质

2．3 声波在分层介质中的传播

2．4 水下声信道的多径结构

2．5 声信道多径结构的仿真

2．5．1 Acoustic Toolbox工具箱介绍

2．5．2 各种条件下的声信道仿真

2．6 本章小结

第三章 声信道时延结构的获取

3．1 引言

3．2 倒谱技术原理

3．2．1 功率倒谱

3．2．2 复倒谱

3．3 倒谱分析

3．4 波束形成简介

3．4．1 波束形成的基本原理

3．4．2 时域波束形成方法

3．4．3 各种阵型的指向性公式

3．4．4 十字阵波束形成的仿真

3．5 本章小结

第四章 基于信道多径时延结构的被动定位方法

4．1 引言

4．2 基于多径时延的距离计算公式

4．2．1 DS方法

4．2．2 DB方法

4．2．3 DSB方法

4．3 定位性能分析

4．4 负声速梯度条件对距离估计的影响

4．5 本章小结

第五章 实验数据处理

5．1 引言

5．2 莫干山实验数据处理

5．2．1 实验描述

5．2．2 莫干山水库实验数据处理

5．3 千岛湖实验数据处理

5．3．1 2010年1月份千岛湖实验

5．3．2 2010年8月份千岛湖实验

5．4 本章小结

第六章 全文总结与工作展望

致谢

参考文献