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水中目标的识别问题,一直是研究的重点和热点,在军事应用上具有重要的意义。到目前为止,在被动声纳的目标识别方面,已经有很多识别的方法。但是,随着舰船制造技术本身的提高,降低了水中目标的辐射噪声,增加了基于能量特征进行识别的难度。引入新的特征分析方法是提高被动声纳识别性能迫切需要研究的课题。
本文把壳体振动作为目标识别的特征,从另外一个角度探讨被动声纳的目标识别问题。这是因为,壳体振动的特征,由于壳体本身的形状和材料等因素,使得一旦舰船成型,其固有频率的消除几乎不可能;并且,对于一艘已经建造好的舰船,由于其形状、大小和材料等均难以改动,这些参数所对应的特征也是稳定的。这些难以消除的固有频率特征,正是目标识别中关注的重点。论文的主要内容包括:
1、首先研究圆球壳体和圆柱壳体的振动情况,以此为基础,将舰船看成二者的组合,进而完成对目标的识别。在这一部分,运用模态分析的方法,对于球壳体和圆柱壳体的振动特性用解析的方法进行描述,通过波动方程,在边界条件的限制下,给出圆柱壳体和球壳体的振动特征描述。在前述理论的基础上,通过分析振动方程分析不同壳体的固有频率特征。
2、在圆球壳体和圆柱壳体分析的基础上,详细探讨了与舰船相关的参数对于基本结构声辐射的影响。具体包括尺度大小(球体的半径和圆柱壳体的长度与半径)、壳体材料、壳体所处的周围介质环境等因素的影响。最终得到各种参数和其对应的频率的数据,形成数据库,是下面数据处理部分的基础。
3、在分析了圆球壳体和圆柱壳体的参数影响,得到参数变化和频率变化的数据之后,建立参数与频率的对应关系。用曲线拟合的方法,处理参数变化对应的频率变化数据,形成参数和频率的对应曲线,以此作为目标识别的标准。
4、给出了一种基于壳体振动特征的识别方法。通过将接收到的信号进行圆球壳体和圆柱壳体的模态分解,使其形成一系列单阶的声压形式,通过将这一系列的单阶声压与圆球壳体和圆柱壳体的对应阶数声压做相关比较,从而实现对目标的识别。
5、通过仿真数据,给出识别方法的效果评价。通过圆球壳体和圆柱壳体的组合,形成仿真条件下的待识别目标。在壳体振动基础上,加上典型的螺旋桨噪声、海洋背景噪声,给出了仿真模型的识别分析。