水下小平臺上矢量傳感器及其陣列應用研究.pdf

1、隨著矢量傳感器應用領域的不斷拓展，其在水下小平臺上的應用需求日益受到關注。由于安裝平臺的聲散射導致矢量傳感器各通道的接收特性畸變，進而影響后級信號處理結(jié)果的正確性，成為限制其在水下小平臺上的工程應用的嚴重障礙。為了減小水下小平臺上矢量傳感器接收特性受聲散射的影響，實現(xiàn)單矢量傳感器及其組成陣列在平臺散射條件下的測量結(jié)果的有效性，本文針對矢量傳感器及其陣列在水下小平臺上的應用展開了研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　1.針對現(xiàn)有的研究多偏重

2、分析矢量傳感器受較為單一阻抗邊界類型(絕對軟、絕對硬或可用解析法求解的球殼、無限長柱殼)的障板散射場影響的問題，利用有限元耦合邊界元方程，計算了雙層殼體的聲散射對矢量傳感器測量的影響，分析了矢量傳感器的安裝位置及內(nèi)外殼體間浮力材料的密度特性對矢量傳感器指向性的影響規(guī)律。當入射聲波頻率較低時，由于聲波的繞射作用，安裝在平臺外部的矢量傳感器出現(xiàn)指向性峰值，其接收指向性較差，而安裝在浮力材料內(nèi)部的矢量傳感器指向性相對較好；隨著聲波頻率的升高，

3、內(nèi)外殼體間浮力材料內(nèi)的散射波增強，安裝在浮力材料內(nèi)部的矢量傳感器指向性變差。此外，當增大浮力材料的密度時，材料的楊氏模量隨之增加，其彈性振動增強，導致矢量傳感器受散射波的影響增大。
　　2.針對現(xiàn)有的研究多偏重矢量傳感器受不同類型障板(形狀、邊界條件)聲散射的影響，但較少涉及如何減小平臺聲散射對矢量傳感器接收特性影響的問題，提出了在平臺表面覆蓋吸聲材料的有效措施，研究并分析了吸聲材料的聲學參數(shù)(吸聲材料的厚度、損耗系數(shù)及粘貼位置等

4、)對水下平臺聲學特性的影響規(guī)律，進一步計算并對比了覆蓋吸聲材料前后水下小平臺上矢量傳感器的接收聲學特性，結(jié)果顯示覆蓋吸聲材料可以改善矢量傳感器各通道指向性圖的右半部分，且對靠近平臺端面的某一扇形區(qū)域的指向性改善效果較為明顯，并通過水池實驗驗證了仿真計算結(jié)果的正確性。
　　3.針對水下小平臺上矢量傳感器各通道接收特性畸變，導致其測向結(jié)果不準確，甚至在受平臺散射影響較大時出現(xiàn)結(jié)果失效的問題，分析并總結(jié)了聲波的入射頻率、矢量傳感器的安裝

5、位置、安裝點距平臺的距離及平臺聲學特性等因素的改變對矢量傳感器測向精度的影響規(guī)律。為了進一步提高安裝平臺上矢量傳感器的測向精度，提出了根據(jù)平臺散射影響計算出不同頻率、入射角度下安裝在其上的矢量傳感器的測得方位，并建立由測得方位與目標真實方位的映射關系，再在實際測量中由測得方位映射至目標真實方位的反演法。針對受散射波影響較大時反演法存在的測得方位隨目標真實方位變化曲線不單調(diào)的問題，給出了提高反演法的適用性的有效措施。
　　4.針對水

6、下小平臺的聲散射影響矢量陣各通道的接收特性，并導致其方位估計性能受影響的問題，建立了聲散射影響下矢量陣接收信號的模型，分析了矢量陣接收通道的幅度增益和相位偏移的改變對常規(guī)波束形成、MVDR和MUSIC算法方位估計性能的影響。由于不同目標方位時矢量陣所受平臺聲散射的影響程度不同，分析了陣列的方位估計性能隨目標入射方位的變化規(guī)律，結(jié)果表明在陣列的法線方向附近矢量陣各通道的幅度增益和相位偏移相對較小，各算法下矢量陣的方位估計能較好；隨著目標方