基于混沌的浅海地形探测系统设计
发布时间：2021-02-10 03:05
近年来,随着海洋资源的进一步开发以及海上军事装备的发展,浅海地形探测成为了世界各国关注的重点。然而由于浅海水域的多径干扰以及混响更加复杂,浅海探测的发展受到了很大的限制。目前浅海地形探测的方法主要借鉴于深海大洋的探测,采用主动声纳式的实施方案,声纳的发射信号以单频脉冲信号或线性调制信号等信号为主,因而普遍存在功率大、体积大、探测精度低等缺点。近年来,混沌信号因为其具有高度的随机性,很强的自相关性以及极好的抗噪性能而被积极的引入到水声通信领域。本课题以此为基础,设计了一种以混沌脉冲信号作为探测信号的浅海地形探测系统。本文在研究声纳工作方式以及设计过程的基础上,结合实际应用背景提出了系统的设计要求,以混沌信号作为系统发射信号,采用收发合制的方式实现信号的能量转换,并通过计算收发信号的时延差进行测距;为了匹配选用的换能器,以Logistic映射产生的混沌序列为基础,对其进行相位调制,调制后的混沌信号中心频率为300kHz,仿真结果表明,调制后的信号的功率比较集中,具有较强的相关性,在信噪比不低于-25dB的情况下仍然能够得到准确的时延,抗噪性能良好;发射信号的形式确定后,系统的整体方案就随之...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１主动声纳工作原理??２．２系统测距方法??
情况；另外，脉冲测距法的最小探测距离与脉冲的宽度Ｔ有关，两者成反比关系，即脉宽??越窄，最小探测距离越近。同样Ｔ与目标的距离分辨力也存在相互对应的关系，当有两??个目标时，若两者回波的到达时间分别为１和１２，如图２．２所示。当ｔ２远远大于〇时，??可以很容易的区分出两个目标，当ｔ２逐渐减小到时，两个回波信号会成为一个信号，此??时很难区分出两个信号，因此能区分出两个目标的条件为??ｔ２￣?ｔｘ＞ｒ?（２．３）??由式（２．２）可知，当脉宽为Ｔ时，声纳系统能分辨出的最小目标间距为??１?，?１??＝?２?ｃ＾２?—?￣?２?ＣＴ?（２－４）??即声纳系统的距离分辨力为＾ｃｒ，要想提高声纳系统的距离分辨力就必须使脉宽减小。??１１??
?（２．７）??式中，背景干扰级是指系统工作环境中对系统产生干扰的背景噪声。??对于一个收发合制的主动声纳而言，声强度的变化过程如图２．３所示。??ＤＴ??信号源?一？发射设备ｐ？接收设备一？判别显示??ｓｉ??主要干扰强度ＩＲ?Ｈ??－?＿Ｔ１．?｛?Ｕ?Ｕ?）??——?ｔｌ?ｋ?ＴＳ?ｙ??ＳＩ－ＴＬ＋Ｔ＾ｖ?ｙ??ＳＬ－２ＴＬ＋ＴＳ??图２．３收发合制主动声纳声强度变化示意阁??设换能器发射信号的辐射声源级为ＳＬ，由于传输过程中的损失，声源级为ＳＬ的发??射倍号经水声丨ｎ道到达目标时，其声强度下降为ＳＬ－ＴＬ，其中ＴＬ为声源到达目标的传??播损失；丨Ｊ标强度（目标对信号的反射能力）为ＴＳ，因而经目标反射后声强度变为ＳＬ－??ＴＬ＋ＴＳ；对于收发合制的声纳系统，反射的信号到达换能器的路径与发射的路径一致，??其声传播损失也为ＴＴＬ，因而换能器所能接受到的回波信号的声强度为ＳＬ－２ＴＬ＋ＴＳ，通??常称其为回声信号级。另一方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于Logistic映射的水声混沌信号测距方法[J]. 郭亚静,王黎明,王琳,范浩. 科学技术与工程. 2017(05)
[2]基于拖曳浮标的潜艇自主导航定位系统设计[J]. 向春清,陈永强. 舰船电子工程. 2017(01)
[3]Logistic混沌映射性能分析与改进[J]. 陈志刚,梁涤青,邓小鸿,张颖. 电子与信息学报. 2016(06)
[4]几种新型主动声呐发射信号性能分析研究[J]. 李玉强,杜选民,周胜增. 舰船科学技术. 2015(11)
[5]声纳技术的应用与发展[J]. 宋世军,姚晓玲. 宿州教育学院学报. 2015(04)
[6]一种混沌水声定位方法[J]. 任海鹏,白超,习亚平. 仪器仪表学报. 2015(06)
[7]High-resolution swath bathymetry using MIMO sonar system[J]. Xionghou Liu,Chao Sun,Jie Zhuo,Feng Yi,Zongwei Liu. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2014(05)
[8]水声通信技术综述[J]. 贾宁,黄建纯. 物理. 2014(10)
[9]一维Logistic映射混沌伪随机序列统计特性研究[J]. 李彩虹,李贻斌,赵磊,张艳华,张新慧. 计算机应用研究. 2014(05)
[10]主动声呐发射波形设计研究[J]. 李峻年,孟士超,佘亚军. 舰船科学技术. 2014(04)
博士论文
[1]几类混沌系统的设计及应用研究[D]. 谢国波.广东工业大学 2012
[2]非线性动力系统时间序列分析方法及其应用研究[D]. 孟庆芳.山东大学 2008
[3]基于混沌理论的水中混响建模及其应用研究[D]. 宋春云.哈尔滨工程大学 2007
硕士论文
[1]基于OFDM的水声通信技术研究[D]. 张智敏.中北大学 2017
[2]广义相关时延估计在无源时差定位（TDOA）中的研究与应用[D]. 刘星艳.兰州交通大学 2015
[3]测深侧扫声纳关键技术研究[D]. 杨玉春.中国舰船研究院 2014
[4]连续相位调制信号调制参数盲估计技术研究[D]. 郝娜.西安电子科技大学 2014
[5]基于LabVIEW的声纳成像系统设计[D]. 焦云飞.哈尔滨工业大学 2013
[6]基于MEMS仿生矢量水听器的测距声纳系统设计[D]. 刘林仙.中北大学 2013
[7]主动声纳波形优化设计[D]. 刘肖.哈尔滨工程大学 2011
[8]低频主动声纳波形融合与背景归一化[D]. 王亚男.哈尔滨工程大学 2007
[9]基于混沌理论的信号检测方法研究[D]. 郭富新.吉林大学 2005
本文编号：3026684
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１主动声纳工作原理??２．２系统测距方法??
情况；另外，脉冲测距法的最小探测距离与脉冲的宽度Ｔ有关，两者成反比关系，即脉宽??越窄，最小探测距离越近。同样Ｔ与目标的距离分辨力也存在相互对应的关系，当有两??个目标时，若两者回波的到达时间分别为１和１２，如图２．２所示。当ｔ２远远大于〇时，??可以很容易的区分出两个目标，当ｔ２逐渐减小到时，两个回波信号会成为一个信号，此??时很难区分出两个信号，因此能区分出两个目标的条件为??ｔ２￣?ｔｘ＞ｒ?（２．３）??由式（２．２）可知，当脉宽为Ｔ时，声纳系统能分辨出的最小目标间距为??１?，?１??＝?２?ｃ＾２?—?￣?２?ＣＴ?（２－４）??即声纳系统的距离分辨力为＾ｃｒ，要想提高声纳系统的距离分辨力就必须使脉宽减小。??１１??
?（２．７）??式中，背景干扰级是指系统工作环境中对系统产生干扰的背景噪声。??对于一个收发合制的主动声纳而言，声强度的变化过程如图２．３所示。??ＤＴ??信号源?一？发射设备ｐ？接收设备一？判别显示??ｓｉ??主要干扰强度ＩＲ?Ｈ??－?＿Ｔ１．?｛?Ｕ?Ｕ?）??——?ｔｌ?ｋ?ＴＳ?ｙ??ＳＩ－ＴＬ＋Ｔ＾ｖ?ｙ??ＳＬ－２ＴＬ＋ＴＳ??图２．３收发合制主动声纳声强度变化示意阁??设换能器发射信号的辐射声源级为ＳＬ，由于传输过程中的损失，声源级为ＳＬ的发??射倍号经水声丨ｎ道到达目标时，其声强度下降为ＳＬ－ＴＬ，其中ＴＬ为声源到达目标的传??播损失；丨Ｊ标强度（目标对信号的反射能力）为ＴＳ，因而经目标反射后声强度变为ＳＬ－??ＴＬ＋ＴＳ；对于收发合制的声纳系统，反射的信号到达换能器的路径与发射的路径一致，??其声传播损失也为ＴＴＬ，因而换能器所能接受到的回波信号的声强度为ＳＬ－２ＴＬ＋ＴＳ，通??常称其为回声信号级。另一方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于Logistic映射的水声混沌信号测距方法[J]. 郭亚静,王黎明,王琳,范浩. 科学技术与工程. 2017(05)
[2]基于拖曳浮标的潜艇自主导航定位系统设计[J]. 向春清,陈永强. 舰船电子工程. 2017(01)
[3]Logistic混沌映射性能分析与改进[J]. 陈志刚,梁涤青,邓小鸿,张颖. 电子与信息学报. 2016(06)
[4]几种新型主动声呐发射信号性能分析研究[J]. 李玉强,杜选民,周胜增. 舰船科学技术. 2015(11)
[5]声纳技术的应用与发展[J]. 宋世军,姚晓玲. 宿州教育学院学报. 2015(04)
[6]一种混沌水声定位方法[J]. 任海鹏,白超,习亚平. 仪器仪表学报. 2015(06)
[7]High-resolution swath bathymetry using MIMO sonar system[J]. Xionghou Liu,Chao Sun,Jie Zhuo,Feng Yi,Zongwei Liu. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2014(05)
[8]水声通信技术综述[J]. 贾宁,黄建纯. 物理. 2014(10)
[9]一维Logistic映射混沌伪随机序列统计特性研究[J]. 李彩虹,李贻斌,赵磊,张艳华,张新慧. 计算机应用研究. 2014(05)
[10]主动声呐发射波形设计研究[J]. 李峻年,孟士超,佘亚军. 舰船科学技术. 2014(04)
博士论文
[1]几类混沌系统的设计及应用研究[D]. 谢国波.广东工业大学 2012
[2]非线性动力系统时间序列分析方法及其应用研究[D]. 孟庆芳.山东大学 2008
[3]基于混沌理论的水中混响建模及其应用研究[D]. 宋春云.哈尔滨工程大学 2007
硕士论文
[1]基于OFDM的水声通信技术研究[D]. 张智敏.中北大学 2017
[2]广义相关时延估计在无源时差定位（TDOA）中的研究与应用[D]. 刘星艳.兰州交通大学 2015
[3]测深侧扫声纳关键技术研究[D]. 杨玉春.中国舰船研究院 2014
[4]连续相位调制信号调制参数盲估计技术研究[D]. 郝娜.西安电子科技大学 2014
[5]基于LabVIEW的声纳成像系统设计[D]. 焦云飞.哈尔滨工业大学 2013
[6]基于MEMS仿生矢量水听器的测距声纳系统设计[D]. 刘林仙.中北大学 2013
[7]主动声纳波形优化设计[D]. 刘肖.哈尔滨工程大学 2011
[8]低频主动声纳波形融合与背景归一化[D]. 王亚男.哈尔滨工程大学 2007
[9]基于混沌理论的信号检测方法研究[D]. 郭富新.吉林大学 2005
本文编号：3026684
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