一种基于水声超宽带信号的深海超短基线定位算法研究

发布时间：2020-12-11 23:28

　　本文从带宽、信噪比、通信距离、时域分辨能力、定位精度等方面介绍了超宽带水声信号与传统射频信号的异同。分别介绍了USBL(超短基线)定位、SBL(短基线)定位、LBL(长基线)定位三种不同的水下声学定位系统及其优缺点,并重点分析了超短基线水声定位系统收发装置的主要结构以及其定位的方式原理。从海水温度、海水静压力以及盐度等主要影响因素分析了海水中声速规律,得到了普遍的浅海负梯度深海正梯度的声速剖面。再通过斯奈尔定律分析浅海负梯度深海正梯度的声速剖面,得到了先凸后凹S形曲线的深海声线形状。通过均匀介质声线偏移模型以及非均匀介质声线偏移模型分析了水流对声线造成的影响,得到了定位目标总的偏移量的范围。仿真分析得出深海声线随着掠射角的减小,声线由竖直方向逐渐贴近海面的位置,传播的水平距离逐渐增加,且弯曲程度逐渐增加,声线疏密程度逐渐变疏,并分析浅海中的声线无法扫到而产生的定位盲区。对比分析了采用零梯度声速剖面和常梯度声速剖面对超短基线定位算法的结果产生的影响。先提出了切线逼近法、切弧线逼近法两种超短基线定位的迭代逼近算法,对比分析了切线逼近法和切弧线逼近法到达时间误差的正负性以及逼近速度,再通过分... 

【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

UWB带宽示意图

一种基于水声超宽带信号的深海超短基线定位算法研究4超宽带水声信号窄脉冲具有多种类型，如下为其中一种的时域表达式：(1-3)其中为中心频率，则此类型窄脉冲的时域形状如下图：图2超宽带水声信号窄脉冲示意图Fig.2SchematicdiagramofUWBunderwateracousticsignalwithnarrowpulse则其频域表达式为：(1-4)则其频谱如下图：图3超宽带水声信号窄脉冲频谱示意图Fig.3SchematicdiagramofUWBunderwateracousticsignalnarrowpulsespectrum可以看出窄脉冲为微秒至毫秒级，带宽为30到40，频率不超过100。不超过100仅仅只对于该窄脉冲来说的，有很多水声系统的带宽或者频率是工作在高频的，如高频声学成像系统，多普勒测速系统，超声成像系统等等。以此类型窄脉冲为发射的水声信号，则接收信号为：(1-5)其中为水声信道的冲激响应，为水声信号从发射到接收的延时，即水声信号的传播时间，为接收噪声，可简化为高斯白噪声。

一种基于水声超宽带信号的深海超短基线定位算法研究4超宽带水声信号窄脉冲具有多种类型，如下为其中一种的时域表达式：(1-3)其中为中心频率，则此类型窄脉冲的时域形状如下图：图2超宽带水声信号窄脉冲示意图Fig.2SchematicdiagramofUWBunderwateracousticsignalwithnarrowpulse则其频域表达式为：(1-4)则其频谱如下图：图3超宽带水声信号窄脉冲频谱示意图Fig.3SchematicdiagramofUWBunderwateracousticsignalnarrowpulsespectrum可以看出窄脉冲为微秒至毫秒级，带宽为30到40，频率不超过100。不超过100仅仅只对于该窄脉冲来说的，有很多水声系统的带宽或者频率是工作在高频的，如高频声学成像系统，多普勒测速系统，超声成像系统等等。以此类型窄脉冲为发射的水声信号，则接收信号为：(1-5)其中为水声信道的冲激响应，为水声信号从发射到接收的延时，即水声信号的传播时间，为接收噪声，可简化为高斯白噪声。


本文编号：2911416