（水聲工程專業(yè)論文）低頻小尺寸被動(dòng)測向優(yōu)化算法和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ap a s s i v ea c o u s t i cd i r e c t i o ns y s t e mb a s e do nv e c t o rh y d r o p h o n ef o r u n d e r w a t e rt a r g e t si sp r o p o s e d t h es y s t e mt a k e su s eo ft h ec o m b i n e di n f o r m a t i o no f t h ep r e s s u r ea n dp a r t i c l ev e l o c i t yo ft h et a r g e ta c o u s t i cf i e l dt oo r i e n t i ti sm a d eo ft w o p a r t s o n e i sd i r e c t i o n f i n d i n g w h i c hi sb a s e do nt h ed i r e c t i o n p r i n c i p l e o f p r e s s u r e d i f f e r e n t i a lv e c t o rh y d r o p h o n e t h eo t h e rp a r ti sc o n t r o ls y s t e m t h ec a r r i e r s p r o b a b i l i t y t o d e s t r o yt h e u n d e r w a t e rt a r g e t w h e ni t g o e sd o w n g r e a t l yc a nb e i n c r e a s e dg r e a t l yb yd e t e c t i n gt a r g e t sd i r e c t i o na n da p p r o a c h i n gt a r g e t f i r s t t h es t u d i e dp u r p o s ea n da c t u a l i t yi se x p a t i a t e d t h e n t h ea r i t h m e t i ca n d p r i n c p l eb a s e do nt h ed i r e c t i o np r i n c i p l eo fp r e s s u r e d i f f e r e n t i a lv e c t o rh y d r o p h o n ea r e r e s e a c h e d t h et h e o r ym o d e lo f t h r e ep o i n tf o u n t a i n i sf o u n d e d t h ee x p e r i m e n t i m i t a t e sa n de r r o ra n a l y s i sa r ec a r r i e do u t t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fs y s t e ma r e o p t i m i z e d t h el a bm a c h i n ei si n s t a l l e da n dl a bd e b u g g i n g 1 1 1 ee x p e r i m e n ti sc a r r i e d o u ta tt h ew a t e rp o o la n dt h er e s e r v o i r t h ee x p e r i m e n tr e s u l ti sc a r e f u l l yd i s c u s s e d t h e e x p e r i m e n t c a h i e do u to i lt h ew a t e rp o o la n dt h er e s e n o i gs h o w st h a tt h es i g n a l p r o c e s s i n gs y s t e ma n dt h ec o n t r o ls y s t e mh a sah i g hc a p a b i l i t yo fp a s s i v ea c o u s t i c d i r e c t i o n t h er e s u l to ft h er e s e a r c hp r o v i d e sa c a d e m i cd e p e n d e n c ef o re n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o na n ds h o w st h a t t h es y s t e mh a sah i g hp r o b a b i l i t yo fs u c c e s so np a s s i v e a c o u s t i cd i r e c t i o n t h er e s e a r c hr e s u l ti sp r a c t i c a l l yu s e f u lf o rt h eu n d e r w a t e ra c o u s t i cc o u n t e r m e a s u r e t e c h n o l o g y w h i c hc a nb ea p p l i e do i lt h ea c o u s t i ct a r g e td i r e c t i o ni nt h ew a t e lu s i n gt h i s s y s t e mc a ni n c r e a s et h ep r o b a b i l i t yo fs u c c e s s f u l l yh i t t i n gt h eu n d e r w a t e rt a r g e t t h e r e s e a r c hi sa l s ov a l u a b l ef o rt h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n k e y w o r d v e c t o rh y d r o p h o n e u n d e r w a t e rm o v i n gt a r g e t s p a s s i v ea c o u s t i cd i r e c t i o n v o l u mt a r g e t 瓤一章緒論 1 1 磅究營豢及意義 第一耄緒論 現(xiàn)代海戰(zhàn)場的i 導(dǎo)權(quán) 不僅 叉要自 先進(jìn)的水耐艦艇 更重要的是要有先避魏 東中武器 要及時(shí)擦簌黠房強(qiáng)標(biāo) 藏愛首先發(fā)現(xiàn)對方箍標(biāo) 確定對方霾標(biāo)斡方位 聲測技術(shù)作為水下唯一有效的目標(biāo)探測技術(shù) 已經(jīng)在人量水中武器中得到廣泛應(yīng) 用 深水炸彈是一種投射式攻擊武器 自身沒有動(dòng)力 入水后囂自身重力下沉 靠近或壹中瓣標(biāo)螽瀑炸 褒第一巍贊一次毽霧丈簸溪蠢 滌零搏襻曾 自 漤麓 堯 星 的美譽(yù) 絕人部分港艇都是被深水炸彈擊沉的 直到今天 深水炸彈仍建艦 艇和飛機(jī)的藏要反潛武器 若在深撣中裝入只標(biāo)定向系統(tǒng)和舵機(jī) 使深彈在下沉 過程中不顫溯篷曩標(biāo)方向 勢實(shí)時(shí)調(diào)憋艇輥不斷纛近疊標(biāo) 在媛逅距離土弓 爆 將能有效地提高深彈酶命中概率 近年來 許多國家將聲學(xué)鍘向技術(shù) l 入到深彈 巾 構(gòu)成深彈的聲測向系統(tǒng) 由此產(chǎn) 生 乜靠目標(biāo)的輻射噪聲來引導(dǎo)其攻擊的微型 魚雷 這是神廉價(jià)的反潛武器 其造價(jià)僅為魚落的十分之 如俄羅斯生產(chǎn) 褥5 3 7 藏楚一秘奩瀑彈頭甍i 裝套差動(dòng)聲斌 露以在f 沉過程巾臻聲噙援索承下運(yùn) 動(dòng)體 并通過尾漿將深彈自動(dòng)導(dǎo)向目標(biāo)方向 它的命中概率隨水深增加 與非自 導(dǎo)深彈相比 命中率2 0 0 m 時(shí)可提高1 5 倍 6 0 0 m 時(shí)可提高4 6 傣 夔葺水聲l 重抗與反對菠瓣發(fā)燕 特涮是多數(shù)瀣艇采瑟滔聲瓦之j 虧 隸甄囂載 工作頻率要求下降到約3 k l z 以下 這給盧學(xué)基陣尺寸 重量和造價(jià)受到嚴(yán)格限制 的深彈聲測向系統(tǒng) 帶來r 極人的困非 矢量水聽器的出現(xiàn) 給信號處理帶濃了 一個(gè)全瓤的空螄 矢景承呀器可以矧時(shí)獲褥聲場中越聲壓秘質(zhì)點(diǎn)振速信息 戮此 矢量求孵囂瀚信號處理可戳在稿空聞中進(jìn)行 獻(xiàn)箍天天改善了秘標(biāo)方位估計(jì)瓣經(jīng) 能 這是傳統(tǒng)的水聽器所不具備的 如單個(gè)聲壓水聽器無法對f 1 標(biāo)的方位進(jìn)行估 計(jì) 矢量水聽器在聲場r f i 能夠獲得質(zhì)點(diǎn)振速在3 個(gè)夔直方向上的投影 因此矢量 瘩瞬器翼鴦天然鼴豢囪縫 不需要減陣靛 l 對曩標(biāo)杰蓬行方疰德詩 稷據(jù)文麩 3 4 j 5 在低頻 小尺寸陣形下 采用十字形矢篷水聽器陣 能夠獲得一定的 奪l 刊增益 灶能給出水f 運(yùn)動(dòng)體精確的方位信息 但是實(shí)際作為聲測向接收到的 信號是迭蠢l 海洋背景磉聲鰉疆標(biāo)輻射 贛聲 渫彈囊身及運(yùn)動(dòng)俸靜不趣裂運(yùn)動(dòng)掰萼 起的流噪聲也增加了深彈聲測向的復(fù)雜性 因此對j 采用矢量水聽器陣的深彈聲 測向原理與辯法需要進(jìn)行深入的研究 要真正實(shí)現(xiàn)工程化 還露進(jìn)行大量的釋種 西北 業(yè)人學(xué)頓j 學(xué)位論文第 章緒論 實(shí)驗(yàn) 基二j 二n l 述思想 本論文提出了 利 利用水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自身輻射噪聲 來引 導(dǎo)入水后的深彈 在下沉過程中自動(dòng)接近日標(biāo) 嵐到最近點(diǎn)引爆的技術(shù)方案 該 技術(shù)可有效地挺贏深彈入求焉熬命 p 概率i 有效殺傷力 在來來海戰(zhàn)中 這秘智 能化的深彈將會(huì)成為一種極其效率的水聲對抗武囂 將會(huì)發(fā)揮熏加重要的佟粥 1 2 深彈的歷史與圈內(nèi)外研究現(xiàn)狀 深水炸彈通常為圓柱體 內(nèi)裝常規(guī)炸藥 或核裝藥 乖l 引信 定時(shí) 觸發(fā) 菲觸發(fā)或復(fù)臺(tái)引信 核裟藥深水炸彈 多i 珥j 作反漤導(dǎo)彈的彈頭 火箭式深水炸彈 發(fā)射裝囂逶常裝配奩麓艇蓄部 多管俊遮齊袈 囊火箭發(fā)動(dòng)穰捺避 隧楚鬟穩(wěn)定 其空中飛行和入水下沉的全程彈道 射程為數(shù)百米到數(shù)千米 主要用于攻擊潛艇 也可用于攻擊水面艦船 深水炸彈愁由艦艇 e 機(jī)發(fā) 投 射 于水中預(yù)定深度 爆肄毀痿漆艇及其它毯標(biāo)飄零中武器 第二次 界人戰(zhàn)中 海軍最重要的發(fā)展就是潛艇的廣泛使用 1 9 1 5 年2 月德 國用潛艇封鎖英倫二島 在一個(gè)月時(shí)間里 就有近 1 0 0 萬噸協(xié)約國和中立圍的船 只被德翻漤艇擊沉 受威脅最大豹英鼷鏊急研究裁式承中武器以打毒德國潛艇 1 9 15 年底 英國研裁出了世界l 二疆v 的深承炸彈 這稀炸彈豁外形象裝拉圾的金 屬罐 罐內(nèi)城滿炸藥 安有水壓引佶和觸發(fā)弓 信 深水炸彈 水麗艦艇投入水葉 可觸及潛艇或在預(yù)定深度爆炸 最深l q 達(dá)約2 0 0 m 爆炸產(chǎn)生巨大境力 在爆炸巾 心1 0 m 肉熬潛艇都會(huì)受舞嚴(yán)重破壞 1 9 6 年 月1 6 霸 一艘英鞫逐遙艇發(fā)璦了一 艘水中潛航的德國u 型潛艇 隨即從艇尾扔下深水炸彈 一舉將其擊沉 深水炸 彈的誕生 使?jié)撏状斡?r 克星 2 1 旱甥熬漾農(nóng)炸彈都怒懣罐形 投簸裝餮銀麓擎 第二次數(shù)努太裁翅翹 熒邂 海軍發(fā)硪了l 睦界上第一種深東炸彈發(fā)射炮 刺猬炮 這種氣劾式發(fā)射炮外形象 多管火箭炮 炸彈殼體為流線型 采用追擊炮原理 利用高壓火藥燃?xì)鉃閯?dòng)力進(jìn) 行發(fā)捌 剩耬2 2 0 m 一次發(fā)射4 敦深水炸彈 呈橢蚓形分布 這不僅明顯提麓了 對潛艇酌攻擊簸率 兩爨鑊反潛艇艇霹瓿較遙瓣鼷離襲責(zé)潛艇 無需駛戮東中港 艇的上方再投放炸彈 1 9 4 2 年 美圈海軍義首先研制出m k 一2 0 捌火箭式深水炸彈 及發(fā)射炮 深承炸彈借助火箭發(fā)動(dòng)機(jī)飛行最大射程可達(dá)6 0 0 0 米以上 這使反滯艦 艇爵強(qiáng)扶雯遠(yuǎn)囂疆褻 燹安全逛玫毒潛艇 在籬一秘第二次毽癸大袋麓蠲 縫大 部分潛艇都怒被深水炸彈擊沉的 煮列今天 深水炸彈仍是艦艇和飛機(jī)的熏愛反 潛武器 2 l i l1 l k 火學(xué)碩l 學(xué)化論文 第一章緒論 強(qiáng)蕊滌浮蠡導(dǎo)純發(fā)袋綴浚 國羚務(wù)玟澄武囂鼴謬 捌方囂巴逶行多年磊j 究 莠 朽多種新濺深水炸彈投入實(shí)戰(zhàn) 1 9 8 2 年馬島海戰(zhàn)首開擊毀 圣菲 號潛艇的戰(zhàn) 例 隨后瑞典又成功地使朋深彈迫使不明國籍港艇卜 浮 i h 予現(xiàn)代潛艇機(jī)動(dòng)性能 矧臻護(hù)承乎爨提高 深辯只蘞爝佼統(tǒng)約定黠 皴發(fā)引信玫潛已撼褥力所小及了 不少海軍閑家正在竟 目研制新的菲觸發(fā)引信以及使深彈向短程裔導(dǎo)方向發(fā)膜 深 彈引信的發(fā)展使深彈成為近海攻潛效贊比最高的水中兵器 由 深彈常采用齊射 投 攻漤 對 二深彈非觸發(fā)引信還有抗鄰彈于揀躲特點(diǎn) 觸發(fā) 定時(shí) 定深引 信褒深籜 使耀的時(shí)聞竣酶 早j 舞的磁梯度引倍接收箍尺寸大 靈敏度低 年 代末捌 威 燕鷗 深彈率先使用了主動(dòng)聲引信 現(xiàn)役裟備深彈的幽窳有俄羅斯 端典 英國 法國 德因 挪威 加零火 翻本 意大穰以及零分簿蘭毽賽霆家 下霆窮緩黧夕 懿 l 秘耨鬻澡承搏彈 3 瑞典的s a m 2 0 4 型航空深彈 s a m 2 0 4 型深彈用于攻擊在淺水域或在潛望深度上 作戰(zhàn)的潛艇 該深彈能以多種方式使用 并可設(shè)定不同的起爆深度 以獲得最大 瀑炸威力 從蕊有效地撼毀潛艇 該深彈具有一鏹羧豪摶 逶鯔 j 約標(biāo)臻轟丹 視炸彈投甜器 它的s a m l 0 4 型引倍楚一種設(shè)詩獨(dú)特觴弓l 信 它是一個(gè)根獬承壓 原理進(jìn)行深度控制的裝港 它裝 自消除沖擊波影響 對任何方向上的慣性力都不 反應(yīng)的裝鼴 因此該深辨對a l q 水深處的鄰爆幣會(huì)感應(yīng)起爆 s a m 2 0 4 型航空深彈 己熱裝了麓荔鴦導(dǎo)裝囂 智利的a s 一2 2 8 深彈 該型深彈嫩航空水而投放式深彈 它是一種裝有靜水壓 力動(dòng)作引倍的反潛武器 用于攻擊3 0 4 9 0 m 深度范圍的潛艇目標(biāo) 在這個(gè)范嘲內(nèi) 起瀑深度爵該設(shè) 9 季孛滌發(fā)上熬任塞一穆 起攥囂蠢三秘安全爨撼 矮子深強(qiáng)鶼操 作 輸送 慣性以及對潛艇的作用 該深彈可通過常規(guī)方法從 桃或贏升楓上投 放 英固的m k l l 深彈 該型深彈是 種舷空深彈 它是一種能扶空中投放的 遷潛 武器 它逶用于淺永作t 浚 鷹來對付位于永蠢或漆望深度上酶潛艇 它可雙各羊孛 反潛直升機(jī)上和固定翼海上巡邏機(jī)上進(jìn)行運(yùn)輸和投放 m k i i 深彈能承受宜升機(jī)飛 行時(shí)產(chǎn)生的巨大振動(dòng) 加閻的彈殼和彈頭部分能承受高速入水辯的沖擊 該彈裝 騫一令凌代 藝豹弓l 信鞫超繕器 囂夠承受夏夫蕊羧凌幫凈壹 勢窳證在設(shè)意瀑度 上精確地怒爆 入水廂受到海水的撼擊 水壓保險(xiǎn)系統(tǒng)就會(huì)打開進(jìn)入戰(zhàn)斗狀態(tài) 此已裝備英國海軍多年 塞大裂的m s 5 0 0 滾彈 該深彈裁有深彈窩輕燮氌雷靛優(yōu)點(diǎn) 它南聲峨 戰(zhàn)斗 韶 慝錐部和空氣平衡囂組成 m s 5 0 0 深彈走飛車幾投放 入水7 0 0 m 后聲弓i 信開 始工作 鼴大使用水深為3 0 0 0 m m s 5 0 0 深彈具有在垂直面內(nèi)對日標(biāo)的自動(dòng)定位 3 曬北 j j 業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 能力 在深彈下潛過程中 褥根據(jù)鞠瓣于瞪耘 位羧的袋 l 距離寒確定聲弓 信翳最 仕發(fā)火點(diǎn) 為了使深彈對靠近海底的f 1 標(biāo)也有效 m s 5 0 0 深彈還可以進(jìn)行預(yù)編程 使它在撞擊海底或者達(dá)到某 確定深度時(shí)爆炸 從功能特性的角度看 凌深彈使 蠲了聲遙炸零 信 鼠焉滿足t 雩 溪鞭離竣 l 純原剩 該鍪深彈翁孳 基包撬 個(gè)主 動(dòng)聲吶 當(dāng)深彈被投放入水巾屆 深彈前部的聲吶扁動(dòng)麗發(fā)出聲波 聲吶在發(fā)射 出聲頻脈沖后 馬卜就能接收到強(qiáng)烈的反射盧波 h 在接收反射波期間打開時(shí)問 塞翻 翔聲頻辣沖閽隔黝變化來表示鼴強(qiáng)標(biāo)的疆離 俄羅斯的r g b 一6 0 深攆 r g b 6 0 是俄羅斯p b u 6 0 0 0 型反潛深彈系統(tǒng)的 個(gè) 組成部分 r g b 一6 0 為無控火箭式深彈 最大攻擊水深5 0 0 m 這種反潛用的火箭 式深彈是非制導(dǎo)的 發(fā)動(dòng)機(jī)為固體燃料火箭 孩型深彈比瑞典的博福斯深彈尺寸 l 與挪袋駒 海鷗l l l 鍪穩(wěn)當(dāng) 弓 信哥采強(qiáng)摹 黻發(fā)葫定深瑟靜 臻羅袋l 乏羚 還裝備了無水下推動(dòng)力的s 3 v 航空自臀深彈 美國搠有多哥 先進(jìn)的反潛手段 常規(guī)深彈早已不用 只有作為反潛導(dǎo)彈戰(zhàn)斗 熬鶼孩深彈 國內(nèi)巢單位為水轟五飛機(jī)研制了某型航空深彈 主動(dòng)聲近炸引信與壓電引信 聯(lián)合使用 之后有單位對火箭式深彈譬動(dòng)聲引信 導(dǎo)向引信等也完成了預(yù)先研究 由予深彈的主動(dòng)聲引信和聲是導(dǎo)郄是利塌嗣一的聲吶原理 對付靜又是闥一 個(gè)舀標(biāo) 戮黼貓導(dǎo)鞠引信在深彈上完全凇為 體 軟硬 牛莢嗣 成為一俸倔設(shè)計(jì) 的制導(dǎo)引信 這在降低成本 提高可靠性等方面具有十分重要的意義 與此同時(shí) 引信的功能也由目標(biāo)的探測識別 控制起爆 發(fā)展刮對自身彈道的控制 從而進(jìn) 步攆嘉了深囂夔命中凝攀 西藏 聲刳導(dǎo)按零褥畿為一令耘熬疆究發(fā)震方強(qiáng) 本系統(tǒng)也j 藏用聲制導(dǎo)技術(shù) 只是接收換能器是更先進(jìn)的欠量水聽器 體積小 定 向精度高 具有很高的應(yīng)用價(jià)值 i 3 聲吶被動(dòng)定向的基本方法 為了不詿對方發(fā)理鑫已 聲吶系統(tǒng)謄嘉采羥i 被動(dòng)定向方式 定向方法與聲學(xué) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān) 采用犖個(gè)換能囂 兩個(gè)換畿器娥多個(gè) 受能器陣元組成的系統(tǒng) 有不同的測向方法l 7 i 然而 不論采用何種具體方法測向 其本質(zhì)上均有共同之處 都是利用聲波至 達(dá)水聽器陣列的聲程艇和相位差求完成定向目的 例如圖卜l 腰示 靜二元基籜 著其耀距為d 骰定滾陣囂為平蠶波 當(dāng)承氍器泰對準(zhǔn)聲添囂 這辯 平面波到達(dá)兩陣元有 個(gè)聲程差 4 n d s i n 8 其中 d 為胃標(biāo)的方位伯 定義為聲線與箍陣法線方向的夾角 壓或輸出i 乜臟問的時(shí)間差為 f 皇一d s i n g cc 1 1 兩接收器接收聲 1 2 相位羞為 純 2 咖 墼 2 矽蘭s i n o z 2 筇要s 婦 i 3 f 其中 口嵌 o 蘭 z 由1 2 和j 3 式可知 題陣元信號l i 勺時(shí)聞差和棚位差與目標(biāo)的方位角 一封應(yīng) 可見 濺蹩出反歐聲釋薏豁時(shí)溺蓑或襁僚差 藏可以瓣出囂櫟方位 下舔?qū)⒎纸B 聲吶系統(tǒng)定向的幾種方法1 3 4 1 a 麟i i 二元陣系統(tǒng) 圈i 2 相位渡測向法萋本框圖 n 最大值測向 聲n 內(nèi)系統(tǒng)經(jīng)常采用最大值確定秘標(biāo)方向 由于換能器或蒸陣輸出電壓隨謦標(biāo) 翁方霞角麓交純纛交純 在歪對蠢繇時(shí)孵應(yīng)最大 蠢兩可以稠掰援轂餐瓣蘩號旗 度達(dá)到最大值時(shí)換能器或基陣的指向來測量目標(biāo)方位 這種方法利用聲系統(tǒng)本身 的方向性 而不是直接測量相位差的 敞屬于問接測量 它的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單 鍘臻久耳袋礁燮據(jù)示器均霹判顴最大信號輻瘦鏊 遨兩在芬掇英瞧毿時(shí) 愛幫具 體的指示器聯(lián)系起來 該方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用人耳還可以判別目標(biāo)的性質(zhì) 此外 由于人耳的特殊功能 使得在小信號噪聲下仍可以判別目標(biāo)方位 此方法 的缺點(diǎn)是定向精度不離 這是由于聲鈉系統(tǒng)的指囪掛圖有一定黥寬度 囂這一指 內(nèi)徑在王三轆辯近隧角度炎億送毫龜 遮楚由于醒標(biāo)方位的小交法引起的輸逮德號幅 度變化不人 這一方泌 般不能迅速判別目標(biāo)偏離主軸的方向 需要重復(fù)多次方 5 兩北工業(yè) 人學(xué)壩十學(xué)位論文齠一章緒論 可判剮 對多令囂櫟 這令方法氌沒有辦法 最大德洲向方法的精度 豐要取決于聲吶系統(tǒng)方向住主瓣的寬度 聲吶系統(tǒng) 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的精度以及聲吶員的生理聲學(xué)特一r 2 褶位法定國 籍位法定向是一種鼴接測量法 它秘用栩像霸指示器來測定掰等效陣元之間 的相位差 從而達(dá)到測墩目標(biāo)方位的目的 在主 被動(dòng)聲吶系統(tǒng)中這種方法都有 廣泛的應(yīng)用 穩(wěn)藏法定國騫其鵜愛懿 惹點(diǎn) 首先 它冀囂蘸個(gè)接寢陣元 鑫予穗令簿元接 收到的兩個(gè)信號間的相位差 已充分掇f j t t 日標(biāo)方位角的信息 凼而原則上沒有 必要采取殿多的陣元 其次 定向精度與陣元本身是否有方向性 以及陣元本身 夔彩虢戈關(guān) 只與囂個(gè)薄元淘 l 基d 秘波長 有關(guān) 如圖i 一2 所示的兩個(gè)陣元之聞的桷位差為 2 k d 妒 r8m鼎0 4 所以溺兩溪蔫為 j 甜 弓 礱妒0 5 dcos2 萬口 7 出式1 5 可主l 器l 淘糖度敷決于比毽芝 羈羲i 方位角搿密 蠹暴囂靜分辨力 妒 群 在一定頻率下 陣元問跗越大 測量精度越高 3 振幅差值法定向 著毒穗令往熊輻弱熬接渡瘁 龜銅鑫囊方囪戇璐數(shù)熬主輟火簸方囊為 l 憨 其夾角為口 嘞為參考方向 若聲波從兩個(gè)陣的正前方入劓 這兩接收器孵輸m 幅度相同 若利用兩個(gè)陣接收的幅度相減后的輸出作顯示 其麓值隨偏角隨聲波 八辯方向的敬變兩改變 這種定兩方法稱為振幅差饉法定向 4 正交籀關(guān)定向法 相關(guān)始理是目前包括雷達(dá) 聲吶在內(nèi)廣泛應(yīng)用的信號處理方法 它的基本原 理是利用信號與下 擾的統(tǒng)計(jì)特性 相關(guān)特性 差異來提高接收系統(tǒng)的輸出信噤比 若袁瑟令遙程五 五影穩(wěn)為平穩(wěn)過程 羹l 程關(guān)運(yùn)簿為 10 r l 22 l i r a 寺j 一 西 1 6 一 囂舅 0 鞠 五 磅 翹 敬叁空瓣疆個(gè)點(diǎn)聲源 裂 1 6 式教穗美稱必空闋稿關(guān) 若 原f 衲 j s o x 2 t r 出于兩個(gè)信號均來自同一個(gè)源x 0 t 6 式又可稱為時(shí) 問自相關(guān) 6 兩北小 t 大學(xué)碩 f 學(xué)f 1 論文第章緒論 當(dāng)信號帶寬較寬 動(dòng)態(tài)范1 5 1 較大叫 兀淪模擬乘法還足數(shù)字乘法均不容易實(shí) 現(xiàn) 采用限幅后求相關(guān)的方法可解決這個(gè)困難 相關(guān)器t t j 以用數(shù)字器件 例如數(shù) 字乘法器加以實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)代信號處理器 d s p 可以利用其乘祟加指令實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算 5 1 壓差式矢量水聽器定向 介質(zhì)中的聲場可以用幾個(gè)聲場參量 聲壓 聲強(qiáng) 質(zhì)點(diǎn)振速和速度勢函數(shù)等 參量 米描述 這幾個(gè)參量之間存在一定的關(guān)系 并可以互相求解和計(jì)算 在這 幾個(gè)聲學(xué)參量 p 盧壓和速度勢函數(shù)是標(biāo)量 而質(zhì)點(diǎn)速度是矢量 在聲場遠(yuǎn)場的 情況下 在觀測點(diǎn)處洲最的質(zhì)點(diǎn)速度的方向就是聲源的方向i l 因此 如果能求 得聲場中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的方向 就能實(shí)現(xiàn)聲源的定向 由于聲強(qiáng)和質(zhì)點(diǎn)速度具有 相同的方向 所以也可以估計(jì)聲強(qiáng)的方向來對聲源i j 標(biāo)定向 矢量水聽器的目標(biāo)方位仆計(jì) 是近年來發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù) 矢量水聽器具有 體積小 重量輕的特點(diǎn) 所以軍事應(yīng)用前景廣闊 另外 矢量水聽器能同時(shí)獲得 聲場中的聲 f 三和質(zhì)點(diǎn)振速信息 因此它的信號處理可以在相空間中進(jìn)行 這是傳 統(tǒng)的水聽器所不具備的 信息量的增加使信號處理空間得到擴(kuò)展 從而大大改善 了目標(biāo)方位估計(jì)的性能 如單個(gè)聲壓水聽器無法對目標(biāo)的方位進(jìn)行估計(jì) 這是因 為單個(gè)的聲壓水聽器沒有指向性 只有多個(gè)聲壓水聽器組成的水聽器陣 才具有 指向性 矢量水聽器存聲場中能夠獲得質(zhì)點(diǎn)振速在三個(gè)垂直方向上的投影 因此 矢量水聽器具有天然的指向性 不需要成陣就能對目標(biāo)進(jìn)行方位竹計(jì) 在深水炸 彈的定向中 由于尺寸的限制 用普通的線性加法陣是不可行的 因而 用矢量 水聽器來定向是一種較好的方法 3 i 由于壓差式矢量水聽器同一方向上離的很近的兩個(gè)陣元的盧壓籌和該方向上 的振速具有相同的指向性 所以用壓差代替該方向的振速 通過聲壓和振速做相 關(guān)和時(shí)間積累平均 計(jì)算水平方向和垂直方向聲強(qiáng) 從而得m 目標(biāo)的方位 角 1 4 主要研究工作 本論文的主要研究如下 1 對基于壓差式矢量水聽器陣的聲壓振速聯(lián)合信息處理的目標(biāo)定向原理進(jìn)行 了研究 從理論上研究了該原理的定向性能 進(jìn)行了汁算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 研究內(nèi)容 主要包括不同采樣 紙方位角 陣尺寸和信噪比對定向誤差的影響 2 系統(tǒng)在近距離情況下的體積目標(biāo)定向和仿真研究 3 設(shè)汁 調(diào)試與改進(jìn)信號處理系統(tǒng)的軟件和硬件 研究內(nèi)容主要包括 信號 7 i 珩北i 業(yè)人學(xué)頌l 學(xué)位論文第一章緒論 頸楚理 a d 轉(zhuǎn)換 d s p 信號處王攀等 4 對矢鳘水聽器陣的指向性 定向性能及誤差進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)研究 并t t 對實(shí)驗(yàn)巾存在的問題 對軟件算洲i 進(jìn)行了優(yōu)化 5 完成了浚系統(tǒng)軟份t 硬尹 煎實(shí)驗(yàn)寮調(diào)試 主簧包括 穰熬矢量承昕囂陣瑟 路輸出的移相器設(shè)計(jì) 信號處理系統(tǒng)性能測試與參數(shù)測試 彈體實(shí)驗(yàn)室聯(lián)調(diào) 6 完成了該系統(tǒng)的軟件與硬件的水池和湖上實(shí)驗(yàn) 主要包搔 彈體條4 卜矢量承呀撩終的零位校正 指向性測試 測試系統(tǒng)的 協(xié)同動(dòng)終及控螽 功麓 舷祝嗓聲對定囪虢彩響以及溯試系統(tǒng)的定淘精度 7 湖e 實(shí)驗(yàn)及數(shù)擁處理 主要包括 靜態(tài)定向椿測實(shí)驗(yàn) 動(dòng)態(tài)定向探測實(shí)驗(yàn) 1 5 論文結(jié)構(gòu)安排 本文縫穩(wěn)安羲 麴下 第一章 緒論 主臻介紹了本論文研究的背繁和意義 圈j 外研究現(xiàn)狀 以 及主要工作 第二章 壓差式矢壤承呀器定向琢理 主要礤究了壓差式矢量水呀囂陣豹定 向原理及方法 分轎了糖位和幅凄不 一致對系統(tǒng)據(jù)囪性的影響 笫三章 算法仍真和d s p 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 對原理算法在不同信噪比 i i 同采 措j 贏數(shù) z i 嗣陣直徑等幡況進(jìn)行理論仿真 對系絞軟件進(jìn)行設(shè)訪 優(yōu)化和總體調(diào)試 第酉露 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬傳玟砉 和譎試 主要良美溪下l 公司豹彳鹺s 3 2 0 e 5 4 芯 片為核心做信號處理 實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng) 本章內(nèi)容主要包括前鬣放大電路的設(shè)計(jì) 帶通濾波器的設(shè)7 t d s p 電路的設(shè)計(jì) c p l d 的邏輯設(shè)計(jì) 群門狗的設(shè)計(jì)等 籬矗章 體彀疆標(biāo)定島建模與仿糞 主要磅究零f 運(yùn)動(dòng)囂搽輻羹季噪聲及蔟橫 向分布 構(gòu)造了體積同標(biāo)近的3 點(diǎn)源近似模型 研究仿真不同距離和不同方位角 情況下系統(tǒng)定向的基本特性 第六章 系統(tǒng)水池實(shí)驗(yàn) 主要介紹矢基水昕器陣定商系統(tǒng)彈體定囪性能實(shí)駿 舵梳嗓聲測鱉和誤差分析以及鎂對誤麓產(chǎn)生原因靜若干改速搭施 第七章 系統(tǒng)湖 卜實(shí)驗(yàn) 主要介紹系統(tǒng)湖上嶷驗(yàn)情況 測試彈體的聲吶制導(dǎo) 在靜態(tài) 動(dòng)態(tài)情況下的制導(dǎo)性能 考察實(shí)驗(yàn)彈在各種情況下的測向精度 梭驗(yàn)彈 俸在實(shí)際工作情況下的w 籜性 第八常 全文總結(jié) 8 西北j 一 i p 大學(xué)頸f 1 學(xué)侮論文 第j 鼗j i 差式矢蜒水昕器定向原蠼 第二牽壓差式矢量水駢器定向原理 矢量水聽器的目標(biāo)方位估計(jì) 是近午米發(fā)展的 項(xiàng)新技術(shù) 矢量水聽器具有 體積小 熬量輪的特點(diǎn) 所以譬事威刖前景廣闊 另外 矢鬃水嘶器能同時(shí)獲得 聲壢巾辮聲壓和震點(diǎn)攘遽信息 蠢此它的信霉處遴可隧在耱窆淘巾逶行 這是傳 統(tǒng)的水聽器所不具備 f 勺 信息量的增加使信號處理字間得到擴(kuò)展 從而大大改善 了目標(biāo)方位估計(jì)的性能 如單個(gè)聲壓水昕器無法對目標(biāo)的方位進(jìn)行估計(jì) 這是因 為單令弱聲透農(nóng)嘴器沒有豢島犍 強(qiáng)專多令聲囂農(nóng)l 甄器綴戒的東輯器終 孝蹙煮 指向性 矢量水聽器在聲場中能夠獲得質(zhì)點(diǎn)振遮在三個(gè)垂直方向上的投影 因此 矢量水聽器具有天然的指向性 小需要成陣就能對目標(biāo)進(jìn)行方位估計(jì) 在深水炸 攆豹定自巾 由于尺寸穩(wěn)限制 崗蝥邋茲線性搬法終是不可行瓣 壓差式矢量水 昕器的響應(yīng)振速在其輛上的投影分最具有禍?zhǔn)谟枇胕 向性 雖與頻率無笑 囂此 利用矢量水聽器在低頻段的優(yōu)越性能 可以提高瞄標(biāo)的定位性能 實(shí)現(xiàn)小蕊陣高 精度低頻膊標(biāo)的測向 閎而 用矢爨水聽器來定向是 種較好艦方法1 3 1 8 o 本章論述 t4 元逶差式矢量承瞬器豹l 露綴瑾 數(shù)學(xué)模黧 以及采用矢鲞承 聽器對目標(biāo)方位角和俯仰角進(jìn)行計(jì)辮的公式推導(dǎo)和誤差分豐廳 2 1 蓮差式矢量水瞬器薄的特點(diǎn) 本系統(tǒng)壓差式矢爨水昕器陣具有以下特點(diǎn) i 矢量東聽囂黲要求接媛靈敏發(fā)褰 顯4 個(gè)蕊元熬接收靈敏凄一致瞧好 波 形失真小 附加柜位畸變小 2 紈成壓差 矢量水聽器陣的d 元接收水聽器 兒何位鬣配置桐互垂直 并 在同 圓劂上 目的是要是保證4 躦水彤i 器接收信號之閩 滿足嚴(yán)格的榴彼關(guān)系 3 由矢量承 囂器眸接渡靜 鼴承聽器信號 遴過數(shù)學(xué)建羧秘信號處理等髯法 可以形成 8 字形指向性圖 4 4 元 字矢量水聽器陴體積小 直徑只有1 幾厘米 可以方便地應(yīng)用在許 多承中武器 二 9 西北1 業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章難差 欠最水?dāng)嗥鞫ㄏ蛟?2 2 壓蓑式矢量水?dāng)嗥麝嚨臄€向性 矢量承 蓐器薄弱波束形成 裁楚傻多蓐元掏戒鼢慕陣經(jīng)過遣當(dāng)處理 在聯(lián)定 方向上獲得 定的指向性 所謂激柬形成技術(shù) 就是指將一定幾何形狀 贏線 圓柱等 排列的各阼元輸出 經(jīng)過處理 例如加權(quán) 延時(shí) 求和等 以形成空間 指向性的方法 下面主愛介纓矢量水輯器羯極予方向性的形成繳理 如圖2 1 所示 4 個(gè)基元l 2 3 4 分囊位于坐標(biāo)輔上 斌定x 軸代表零度 方向 逆時(shí)針為 f 0 為參考點(diǎn) 圖中 圓周半徑為r 聲速為c 信號頻率為廠 目標(biāo)的方餓角為護(hù) 設(shè)撼躊中心信號為 蜀 a c o s 2 磐 2 一1 由于基陣尺寸相對于e l 標(biāo)距離很小 可把目標(biāo)輻射噪聲視為平麗波 聲波到達(dá)四 個(gè)基元相對于到達(dá)基陣中心有超前或滯后現(xiàn)象 所以四個(gè)基元的輸出信號相位各 不鞠弱 這瓣 靼令鏊元熬輸凄信號可表示為5 2 1 t 9 只 4c o s 2 z f t 一 二 s i n 蘭 o 1 i 1 2 3 4 2 2 c二 式 2 2 中 a 為各基元的信號輸出幅度 假定么 a i l 2 3 4 在低頻應(yīng)用時(shí) 矢量泰瞬器簿輸出鶼聲壓镕號是 z 夠 一 廠 0 1 圖2 1 目標(biāo)與水聽器陣的位置莢系 圈2 2 矢量水昕器陣空問指向性圖 p 互 愿 忍 最 2 a c o s 2 n 2 e o s 2 z f r 自s i n 0 1 c o s l 2 x 缸 q c o s o 4 a c o s 2 丌 c o s 瘍 c s i n p 冬 c s 西 一 c s 呻一等 2 3 44 4 a c o s 2 z f i f z 1 由n a y i e f s t o k e s 方程導(dǎo)啦的線性聲學(xué)運(yùn)動(dòng)方程為 l o 曲北工業(yè)大學(xué)砸 學(xué)位論文第章仟茇式矢壁水聽器定向原理 p 娑 一a p 2 4 式中 p 為介質(zhì)密度 u 為振速 p 為聲樂 由卜 叮以推得x 方向上的振速 分量 可以由x 方向上靠的很近的兩點(diǎn) k ar 1 k c o c k 是波數(shù) 的聲壓 值a p 2 近似求得 去如z 確瑚 2 5 則矢量水聽器陣輸h 的水平方向上的振速為 l 鼻一e a t 2 6 z t r f f 2 2 式 水平方向的壓差 k 鼻一b 2 a s i n 2 口 s i n 2 r 夕 c c o s o 2 7 4 r a 戶 c s i n 2 r f i c o s o 則 吣z 士f 舅一p d t 2 p r 逝f s i n 2 1 r f o t d t c o s 0 啷m 腳 口 但培 p c 比較 2 7 與 2 8 式可知 壓差k 與水平方向振速蜥都具有相同的c o s o 指向性 考 慮到工程實(shí)現(xiàn) 這里用壓差代替同方向上的振速 我們稱之為振速響應(yīng)f 10 1 刀 同理可得 矢量水聽器陣輸出的垂直軸向上的振速響應(yīng)為 b 一只 2 as i n 2 z s i n 2 r f r c s i no 2 9 4 7 r a 少 c s i n 2 7 r s i n 口 矢量水昕器陣輸出的垂直方向上的振速為 赤 b p d t 2 x a f o 陸2 萬工螂n 穢 一 c o s 2 z 脅n 口 2 1 式 2 5 與 2 7 表明 水平軸向振遮與垂直軸向振速呈兩個(gè)正交的偶極子指向性 如圖2 2 所示 壓差式矢量水聽器綜合利用目標(biāo)聲場的聲壓和振速信息 將聲壓信號p t 做 9 0 0 相移得到j(luò) p 然后 再分別與水平軸向和垂商軸向上的振速響應(yīng) 即壓差 西北 i 業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章壓差式矢量水聽器定向原理 屹 做相關(guān)和時(shí)問積累平均 分別得到水平和垂直軸向上的平均聲強(qiáng)流 和 此時(shí) 可以根據(jù) 和 以及p f 這3 路信號聯(lián)合計(jì)算m 目標(biāo)的方位角和俯仰角 1 習(xí) 2 3 目標(biāo)方位角及俯仰角計(jì)算 2 3 1 方位角計(jì)算 如圖2 3 矢量水聽器陣的四個(gè)等效陣元為島 兩和島 陣的中心為原點(diǎn) 四個(gè)陣元的坐標(biāo)分別為s 0 o 0 r 0 而 0 o 0 一 o 目標(biāo)的位置 坐標(biāo)為 x y z 入射波系數(shù)為k 聲壓為p o 俯仰角為目 方位角為曲a 蘭曼 一 7 e i 1 xt t 圖2 3 目標(biāo)與水聽器陣何置關(guān)系圖 片 p o e 肛 5 只噸篡 b p o e 小 7 j 只 r 一 記a k r 當(dāng)入射波看作沒有衰減的平面波時(shí) 不失一般性 設(shè)p o 1 將a p o 代入式 2 3 2 7 和 2 9 則有 14 尸 去 c c o s 爿c o s 臼c o s 妒 c o s 爿c o s 口s i n 妒 p 吖州 j k 只一只 s i n a c o s o c o s l o e e j b 圳 s i n a c o s o s i n 班 將尸做9 0 0 相移 得到 1 2 2 1 2 2 1 3 2 1 4 西北工業(yè)大學(xué)碩f 學(xué)位淪文 縮章 聒茬式久自 水聽器定向原理 尸7 口 j c o s a c s o c s 妒 c o s a c s o s i n 妒 p p 2 1 5 墨 亭r p 礬 亭f c s i c s 口c s 妒 c s 一c s 口s i n 妒 矗1 1 彳c s 口c s 妒 p j c 加 2 1 6 一專s i n 爿c s s 州c s 爿c s s 妒 c o s ac o s o s i n 刪f e 講w 研 k 2 忡y d t r c s 彳c s 護(hù)c s 妒 c s 爿c s 護(hù)s i n 妒 s j n c s 口s i n 妒 e 一 2 礎(chǔ) 2 1 7 一事s i n a e o s o s i n 妒 c s 爿c s 臼c s 妒 c s 爿c s 口s i n 妒 r e 叫w 斫 r 門2 西 r c s ac o s o c o s f o c s d c o s o s i n 妒 2 e i 一一 2 斫 2 1 8 一 c s 爿c s 臼c s 妒 c s 一c s 口s i n 妒 2r e 2 二衍 下面根據(jù)k 島 分別進(jìn)行方位角和俯仰角的計(jì)算 m 進(jìn)行方位角的計(jì)算時(shí) 先根據(jù)上麗計(jì)算的 t 由k l 和k 的符號確定目標(biāo) 所在的象限 然后 由k 和k 的表達(dá)式可得 魚 墅業(yè)墮嬰 2 19 k ls i n a c o s o c o s 妒 又 爿 絲 絲 絲 2五c 故當(dāng)?shù)?1 1 寸 式 2 1 9 可表示為 魯一t a n 妒 做反正切運(yùn)算 解算出目標(biāo)方位角 方位角計(jì)算表示式如式2 2 0 所示 妒 g 一 爭 2 2 0 片 3 兩北h i k 人學(xué)碩上學(xué)位論文第二章壓芹式欠量水聽器定向原理 2 3 2 俯仰角計(jì)算方法 根據(jù)式 幻 f 的表達(dá)式 令b a c o s 口 0 2 有 s i n bs i n 妒 一 s i n b c o s 夠 k k 1c o t b c o s o 2c o t bs i n 妒 令u b c o s 曲 山式 2 2 1 有 b s i n s i n 1 k 2s i n h k l 4 弋a(chǎn) 2 2 2 式 并化簡可得 k lc o s u 1 2 k s i n 2 l s i n u 解方程可得 2 k 婦 2 萬纛 故 s p u t a n 蕉舞一t 2 2 1 r 2 2 2 r 2 2 3 2 2 4 2 2 5 f 2 2 6 同埋 n j m 牟得 6 s i n 妒 t a n l 志 聊 2 2 7 e h 式 2 2 6 n 2 2 7 得 b 2 卅 研 m 2 m 0 2 2 8 又6 a c o s 目 故一c s 口 即罷c s 目 m 故可得俯仰角的表達(dá)式 肚c o s 弋 2 2 9 其忙厴1 穗 2 t a n 1 端 2 2 3 3 方位角和俯仰角的頻域計(jì)算 實(shí)際上 在頻域討 算方位角和俯仰角比在時(shí)域計(jì)算更方便 表達(dá)式可得 當(dāng)p k 均為平穩(wěn)信號時(shí) 弘專7 0 p 嘲瑙p 嘲啦 一 去 國 如 j 一口 1 4 更簡單 由島的 f 2 3 0 幽北工q k 大學(xué)碩 i 學(xué)位論文 第二章腿薦式 墨水昕器定向原則 其r f g p t 班艘旦籌幽 椰 和啪瓦功率粉度函數(shù) 實(shí)際工程應(yīng)用中 采樣有限的n 點(diǎn)時(shí) g p 可表示成 m d f t p i d f t v 因此 l g p k 珊 厶g d f t p d f t v 2 3 1 同理可得 抄l d t e p o m 2 去脅 喇酗 2 3 2 1 o 1 g i 甜 d f t p 廣 d f t v y 因此在實(shí)際軟件編程中 可以通過計(jì)算采樣序列的d f t 值來計(jì)算k i 七2 及 雕i 佰 從而計(jì)算出目標(biāo)的方位角和俯仰角 1 6 1 2 4 誤差分析 2 4 1 頻率與基元位置誤差對方向性的影響 在該算法中 最重要的近似就是廠形 1 從這個(gè)式子中可以看出 陣的半 徑越小 頻率越小 近似效果越好 在該4 元i 一字陣中 若半徑取o 0 7 5 m 頻率 處理范圍為1 0 h z 5 0 0 0 h z 則 形 5 0 0 0 0 0 7 5 1 5 0 0 0 2 5 基本滿足該條件 從 這里也可以看出 該陣對低頻信號處理效果更好 這也是欠量水昕器陣相對于普 通陣的優(yōu)越性 在此誤差不火于6 的條件下 可以求出允許的f r c 的最大值 計(jì)算結(jié)果如表 2 2 所示 表2 2 誤著不大于6 的條件下f r l c 的最大值 l6 0 51 0 1 52 02 5 3 0 i 論的最大值 0 0 7 2 20 1 0 1 40 1 2 3 3 o 1 4 130 1 5 8 8o 1 7 0 6 現(xiàn)在分析基元位置誤差對方向性的影響 把位置誤差分為半徑的偏差an 和基 元等效中心o 相對于零度方向的偏差兩個(gè)部分 先研究ar 的影q m 設(shè) f i 0 d b 時(shí) 誤差 0 t 5 m 瓣 誤差 5 0 時(shí) 誤差 3 0 2 1 一擎霎一b象 pl f t l 業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文第三章算法仿真和d s p 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5 全方位滾差仿囊 假設(shè)信號頻二簪為1 0 0 0 2 0 0 0 i i z 的證弦疊加信號 采樣率為3 0 o k 王l z 聲速c 為15 0 0 0 m s 目標(biāo)距離為1 0 0 0 m 采樣長度1 0 2 4 點(diǎn) 信噪比為3 0 d b 陣直徑0 1 4 m 蕊卻角4 0 不網(wǎng)方位鐨時(shí) 強(qiáng)標(biāo)方位受估計(jì)的絕對誤差關(guān)系如圖3 6 掰示 出圈 呵知 誤麓曲線大傣成j f 弦分布 誤差 5 霹 誤差 0 d b 時(shí) 絕對誤差 0 1 5 m 時(shí) 錠仰角的均方 誤差固 8 喇 i 圖3 9 不同矢量水聽器陣尺寸時(shí)俯仰角估計(jì)誤籌圖3 1 0 不同方位角時(shí)的俯仰角估計(jì)誤差 2 3 一gw 蠹 蹦北 業(yè)人學(xué)頓f l 學(xué)位論文第三章算法仿真和d s p 系統(tǒng)軟件設(shè)討 不嗣彥 位燕時(shí)熬耱 竄憊貧囂溪差 假設(shè)偏號頻率為1 0 0 0 0 1 1 0 0 h z 的正弦疊加信號 采樣率為3 0 o k h z 聲遮c 為1 5 0 0 0 n v s 目標(biāo)距離為1 0 0 0 m 信噤比2 0 d b 俯仰角2 0 0 0 矢量水昕器的陣 尺寸為o 1 4 m 不鞫方位臻時(shí) r 標(biāo)俯朔角估計(jì)的均方誤差關(guān)系如圖3 1 0 掰示 e 睡匿霹 知 方位霜在0 n3 6 0 雨交化 瓣饞角的洪差在2 穸內(nèi) 呈無疆露分稚 5 不同俯仰角誤差仿真 假設(shè)信號頻率為i 0 0 0 1 1 0 0 h z 的正弦疊加信號 采樣率為3 0 o k h z 聲遮c 為 1 5 0 0 0 m s 囂壕題離為t o o 0 m 采橫長菠1 0 2 4 患 信嗓凌為2 0 d b 瘁直徑0 1 4 m 方位角6 擎 不同俯稍l 角i 寸 晶標(biāo)偏仰角估計(jì)的絕對誤差關(guān)系奶黼3 1 1 所示 由 圖可知 隨著實(shí)際目標(biāo)俯仰角的增大 測量俯仰角誤差在增大 俯仰角大于8 0 誤差丈予1 拶 一 l f j 二 f v 廠 g t g 3 t l 不同傭仰角時(shí)的測量俯仰角誤差 6 俯仰角的仿真結(jié)果分析 通過寬帶目標(biāo)信號的仿真實(shí)驗(yàn) 可以得出以下結(jié)論 1 1 奩 定鶼售臻魄稔簿贅尺專條僻下 適當(dāng)煞壤大積分點(diǎn)數(shù) 竣撬贏囂棟漿 定向精度 設(shè)定矢量水聽器陣的尺寸為o 1 4 m 信噪比為l o d b 采樣點(diǎn)數(shù)大于5 1 2 個(gè) 定向談差在2 0 以內(nèi) 2 在一定的陣尺寸穢采樣點(diǎn)數(shù)下 定自精度隧售囔魄豹增大囂提裹 黲瓣尺 寸為0 1 4 m 采樣點(diǎn)數(shù)為1 0 2 4 點(diǎn) 當(dāng)信噪比大于0 d b 時(shí) 定向精度為2 0 阻內(nèi) 盡 可能的提離信噪比 是減小定向誤差的 條有效途徑 3 在一定的信噪比翻采樣點(diǎn)數(shù)條 牛下 矢量水嘶器的陣尺寸越大 疆標(biāo)德伸 露誤差存交小豹趨勢 低頻工律跨逶當(dāng)臻瘸承啄器薄尺寸西隧攆離番揀定肉精壁 在信噪比為2 0 d b 矢量水聽器的陣尺寸 o 1 5 m 時(shí) 偏仰角的均方誤差 o 8 0 4 在 定的信躁比和采樣點(diǎn)數(shù)條件下 隨著方位角的變化 俯仰角誤蓮璺無 怒律勢蠢 程信臻斃為2 0 d b 德秘囊謨差在2 5 內(nèi) 5 在一定的信噪眈麗采樣點(diǎn)數(shù)祭件下 隨著俯仰角的增大 測量俯仰角鏷差 在增大 信噪比為2 0 d b 俯仰角大于8 0 0 時(shí) 誤麓大予1 0 0 2 4 西北l 業(yè)火學(xué)壩士學(xué)位論文 第二章算法仿真耳 d s p 系統(tǒng)軟竹駛h 3 2 軟件總體設(shè)計(jì) 3 2 l 較 譬設(shè)計(jì)方法 本算法一個(gè)主要的性能指標(biāo)就始計(jì)算速度 所以 在d s p 程序設(shè)計(jì)中采用c 語言和匯編語言混合縭穗的方法 在一些要求代碼執(zhí)行效率搿的地方可以熠匯編 語言來實(shí)臻 鼠兩爵浚縭寫蠢毫效瓣處理程序 瓣d s p 援零聰魏 充分建裁 薅子吾 種系統(tǒng)設(shè)計(jì)中1 3 6 i1 3 7 1 c 語言和匯編語言的混合編程有以下幾種方法 1 獨(dú)立編寫匯編淫凈和c 稷 l 擎 分開編譯或匯編源代碼形成各離的目標(biāo)代碼模塊 用鏈接器將c 模塊莘h 匯編 模塊鏈接起來 采用這種方法 c 糕序可以調(diào)用匯編程序 并且可以訪問匯編程序 中定義豹變量 同棒 匯編程序也可以調(diào)用c 程序或訪闖c 穩(wěn)廖中定義的交量 但必須維護(hù)各匯編模塊的入口和出口代爵 計(jì)努傳遞懿參數(shù)在難筏中的偏移量 l 作量稍大 但能做剮對程序的絕對控制 2 在c 程序中巍接內(nèi)嵌匯編語句 詫靜方法可敬在c 程序唾j 實(shí)穗c 語言丟法實(shí)浚垂皇一些硬釋控麓功麓 麴修改 中斷控制寄存器 中斷標(biāo)志寄存器簿 3 將c 程序編譯生成相應(yīng)的匯編程序 手工修改和優(yōu)化c 編譯器生成的匯 編季 乏弱 采用此靜方法可以接制c 編程囂從而產(chǎn)生有交叉列表的匯編程序 雨髓可以 對其中的匯編語句進(jìn)行修改 之后 對匯編程序進(jìn)行匯編可產(chǎn)生目標(biāo)文件 本系統(tǒng)的軟 孛編程中 綜合使用了逡三靜方法 譙大約l o o m s 內(nèi)競成數(shù)攢采巢 a d 轉(zhuǎn)化 信號預(yù)處理 西路f f t 和角度運(yùn)算平滑輸崮等 投大遺提贏了程序運(yùn) 行效率和開發(fā)效率 3 2 2 軟 牛設(shè)計(jì)流程 程序主流程如圖3 1 2 所示 主函數(shù)使用c 謠言編程 首搬在主程序中完成初 始化 包括d s p 處理器的初始化 中斷方式的沒覆等 然后讖入一個(gè)循環(huán) 在深 彈工終時(shí) 這個(gè)疆餮 直在運(yùn)幸亍 不鞭計(jì)算囊稼蕊方位囊霸鑲轉(zhuǎn)燕莠輸爨司 葵結(jié) 果 西北 一業(yè)大學(xué)碗j 學(xué)位論文筇j 章算法仿真和d s p 系統(tǒng)軟件設(shè)i 3 2 3 d s p 軟件設(shè)計(jì)思路 圖3 1 2 主稃序流穰幽 信號采樣及預(yù)處璞 數(shù)據(jù)采集的軟件模塊 主要是用匯編語言編寫的 采集頻率為3 0 k 采樣點(diǎn) 數(shù)1 0 2 4 點(diǎn) 采樣結(jié)束后進(jìn)行a