深弹引信超声波探测定位技术研究

发布时间：2020-08-22 08:12

【摘要】：超声波探测的定位技术对提高深弹的毁伤效果十分重要。现代水中武器系统对引信目标探测器精确定位的要求越来越高,开展新的目标探测与定位技术研究,使引信目标探测器具有快速、准确的发现、识别、跟踪目标的能力,这对提高水中武器弹药的综合作战能力具有重要意义。本文围绕引信超声波探测的定位关键问题,开展引信用简易的二元二维定位技术研究。基于声呐、水声信号处理理论,分析了海中声信道中声速、传播损失、传播干扰,推导了适用于水中超声探测器的体积混响模型;通过对发射波形的分析,给出了适用于水中超声探测的信号波形;通过模糊度函数分析得到了信号的脉冲宽度,通过噪声、混响与回波比值分析,推导出了适用于水中超声探测的信号频率;通过探测距离分析,获得探测信号的周期;通过对回波检测模型的分析得到了测量获取目标回波的时延和频移的条件。根据三元时延定位和二元压差定位原理,分析了三元时延定位三阵元和压差定位四个阵元的特点,讨论了生物探测定位的原理,提出了基于生物脉冲神经网络信息处理模型和仿生双耳定位机理的二元二维定位方法。设计了时延和声压差二元二维算法,即将一维时延信息与一维声压信息相结合的算法,采用克拉美-罗下限参数估计理论对算法误差进行估计,分析了估计误差在平面内的分布、估计误差与两换能器距离变化关系、目标与两换能器距离差和声压能量同目标位置估计误差的关系。对时延信息估算方法进行了选择,改进了声压计算方法,仿真结果表明了时延和声压差二元二维算法的可行性。在此基础上,设计了实现时延和声压差二元二维定位的并联发射-串联接收换能器连接基阵及收发电路。在现场可编程门阵列(FPGA)中实现二元二维定位算法,算法单元主要由先入先出单元、“乒乓”存储单元、时延单元、声压单元和定位单元构成;时延单元由傅里叶变换子单元、取共轭子单元、PHAT加权子单元、傅里叶逆变换子单元、取模子单元、极值检测子单元组成;采用异步FIFO作为存储器,来实现数据在FPGA各单元不同时钟系统中的异步跨时钟传输;四块存储器Block0-Block3来实现“乒乓”操作;FFT/IFFT子单元采用基2的时间抽选法实现,通过算法改进和流水线处理,加快了蝶形运算速度。仿真实验表明在FPGA硬件中实现的算法在微秒数量级内可完成定位运算,可以满足实时定位要求。建立了新型超声波基阵探测模拟实验系统,对定位算法进行了仿真实验和模拟水池测试实验,验证实验系统设计的可行性与定位算法的有效性。仿真实验结果表明,当目标和探测器距离在6m以内近距探测定位相对误差小于5%。模拟水池测试实验表明当目标和探测器距离在3.5m以内时定位相对误差小于4%,接近仿真系统实验的定位精度,可以用于今后的引信目标探测器超声波探测与定位的动态模拟实验。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ430;TB559
【图文】：

组成图,深弹,引信,组成图

ＲＢＵ－１０００他羿斯逦６逦１０００逦５５／ＲＢＵ－６０００逦＾逦１２逦６０００逦２１逦定时／触发逦博福斯邋辟＊逦４逦３５５－３６００逦８０－１２５逦埃尔玛逦９逦２５０－３５０逦聚能吸附逦疋时／触＆逦挪威逦６逦３０００逦４１逦声近炸／定时／触发逦ＭＫ１０逡逑ＭＫ５４逦法国逦６逦６００－１６００逦１００逦定时／触发逦我国从１９５９年开始进行深弹研制，最初以仿制前苏联在二战及战后发主，１９６５年后开始由仿制进入自主研制阶段，表１．２［１５］为我国部分深弹武器信，其作用机理主要为触发／延时。火箭深弹作为反潜中的主要武器之一，需要高其性能，以满足未来海战的需要，其在以下几个方面将会进一步发展：（１）距离，随着潜艇攻击距离的提高，火箭深弹的投掷距离也要随之提高；（２）提发展深弹的自导能力、采用多种复合引信提高深弹的杀伤力。（３）向多功能发反潜以外，还可以拦截鱼雷和反舰导弹、扫除水雷等。（４）改进火控系统，由控系统增加作战指挥功能。逡逑逦表１．２我国部分深弹武器系统配置表深弹逦６２式深弹逦６４式深弹逦７５式深弹逦８１式２５引信逦深时－Ｉ引信逦深时－Ｉ引信逦深联－Ｉ引信逦深联－深弹引信基本组成结构如图１．１所示［１６］。逡逑

深水炸弹,外观图

技术的不断提高，现代战争对深弹的作战效能提出了更高的同，其作用方式和作用时机也不同，直接影响了深弹的作战和被动声两大类。被动声引信主要利用目标辐射噪声进行目雷，但由于潜艇消声降噪技术的不断发展，使得海洋的环境近［１８］，从而使得应用被动声引信进行探测更加困难，而主动目标的声回波探测目标，与主动声呐探测有相似之处，但探测引信可对目标方位、距离等进行探测，可有效控制炸点，获术已在引信的探测器中普遍应用。国外所装备的深水炸弹中，。例如，意大利海军设计的ＭＳ５００型深水炸弹，入水７米发射周期自动可调，探测范围为３００米。ＭＳ５００在垂直面能实标距离达到极小值时为引信作用点。为探测海底近距离目标应程序，使其在到达海底或某一设定距离时引爆，其外观图及示［８］，该深弹主要由声呐、战斗部、挂环、尾椎、平衡器等ｍ，最小脉冲ｌｍｓ，脉冲间隔２００ｍｓ［８］。逡逑挂环逦尾椎逡逑

速度判断,超声波信号,目标位置,单频

图１．４换能器示意图逡逑单频超声波信号产生容易、处理简单，可用于目标位置及速度判断，它的工作原理逡逑框图如图１．５［２（Ｗ４］所示，探测器系统由单频信号发生器、收发电路、收发共用水声换能逡逑器、混频器、多信号处理电路和判决输出电路组成，判决输出电路输出的“起爆控制信逡逑７逡逑

【相似文献】