水下高速運動目標軌跡測量技術研究.pdf

1、為了精確測量水下運動物體的三維軌跡,常采用通過在其自身內部安裝記錄設備的方法記錄運動物體的航速、姿態(tài)、航行深度、加速度等信息,事后進行數據回收處理得到物體的運動軌跡。然而,如果由于某種原因致使試驗目標無法回收,則無法分析其性能,因此利用外部測量系統來獲得物體的運動軌跡是十分有意義的。目前常用的外測系統有短基線和長基線定位系統,但是這兩種系統都具有布放回收困難使用不方便的特點,且以應答模式工作的長基線系統數據刷新率低,對于高速運動的物體來

2、說難以獲得較多的軌跡點。隨著寬帶信號的應用及信號處理技術的發(fā)展,超短基線定位系統也可以獲得很高的定位精度,并且使用方便,目前商用超短基線產品種類也很多,但大都無法對高速運動的目標進行跟蹤定位。本文根據水下高速運動目標的試驗任務需求,對基于超短基線的高速運動目標軌跡測量系統的一些關鍵技術進行了研究,該系統采用同步工作模式,能夠實時獲取高精度高刷新率的水下高速運動物體三維軌跡,并且具有多目標定位跟蹤的能力。全文的主要內容如下:
　　

3、 闡述了窄帶和寬帶兩種不同信號體制的超短基線定位方法的原理,并對這兩種方法的定位精度進行了仿真分析研究。二相編碼信號屬于多普勒敏感信號,針對目標的高速運動帶來的多普勒效應對信號檢測帶來的影響,本文采用了一種交替發(fā)射m序列的方法,利用兩相鄰周期信號具有相同的多普勒的特點,構造一新的相關器來抵消兩個信號的多普勒,解決運動目標信號的檢測問題。針對雙目標在檢測中存在的遠近效應,本文提出了一種基于特征量提取的方法。本文還對多普勒頻偏的估計和補償進

4、行了深入研究,針對測頻算法存在的測頻模糊問題,采用基于相關峰時延差的方法解多普勒模糊。文中還對系統存在的距離模糊問題進行了分析和研究,根據系統特點,提出了一種簡單可靠的抗距離模糊的方法。
　　 本文還著重對目標丟失不能同步,而不能夠提供斜距信息的情況,提出了一種基于純方位估計的目標定位方法來確定目標的方位,該方法雖然精度上比正常超短基線定位稍差,但是卻解決了水下目標因缺少斜距信息而不能定位的問題。
　　 傳統的超短基線定

5、位系統由三個部分組成:聲學定位系統、航向姿態(tài)測量系統和GPS定位系統,這些系統包括的傳感器所在的坐標系由于存在角度偏差,導致超短基線系統產生定位誤差。因此超短基線系統在每次使用前都需要進行安裝誤差的校準。而校準也是一個比較繁瑣的過程,為此本文實現了一種免校準的超短基線系統的設計,只需出廠時對其進行一次標校,在以后的使用過程中都無需校準,大大提高了系統的便利性。
　　 最后,對系統的各個組成部分進行了詳細介紹,并通過大量的試驗和數