水下无人移动平台声学信息处理关键技术研究

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水下无人移动平台(UUV)由于自身具有灵活的机动性、良好的隐蔽性和较大的续航力等技术特点,使其在现代海洋作战体系中具有相当重要的地位,UUV被称为海军的“力量倍增器”,它可用于水下侦察(监听敌方舰艇活动、侦察敌方的水下设施、战前准备中的海洋数据采集)、海区控制(封锁海区、远距离快速投放)、反潜对抗(充当敌潜艇诱饵,协同引诱攻击)、水雷对抗(猎雷及扫雷)、水下通信与导航(通讯中继、舰艇导航)、以及作战训练、防险救生等军事活动。同时,随着现代作战从“平台中心战”向“网络中心战”发展,UUV因其造价低廉、工作灵活、易于编队等特点,正日益成为现代网络化战争的一个重要手段。  因此,为了满足UUV的功能需求,发展与之相匹配的声纳设备,成为UUV未来发展的一个重要方向。针对UUV不同的功能需求,可以将所需发展的声纳分为三类:第一类是侦察型声纳,包括载壳声纳(舷侧阵、共形阵等)、拖曳声纳等,在工作方式上,包括主动式和被动式两种方式;第二类是图像型声纳,包括合成孔径声纳、侧扫声纳、前视声纳等;第三类是通信与导航型声纳,包括通信声纳、避碰声纳、测深声纳等。无论是何种声纳类型,针对UUV体积小、能量有限、空间封闭导热困难等特点,共同使用一套处理平台成为UUV长期发展的一个重要目标,这里就涉及UUV的信息一体化设计,多阵信息处理,声兼容等诸多问题。  本文根据水下无人移动平台自主工作的特点,需要研究水下无人移动平台声纳信息一体化处理问题,自主作出正确的判断。研究内容分为软硬件两个部分,软件部分是需求,硬件部分是保障。软件部分根据功能和任务使命进行划分,并同时规划整个系统的信息综合和处理流程,将不同信息源所得到的信息进行统一综合处理,自主做出判断,对水下无人移动平台的单阵处理和多阵融合处理进行了深入研究,提出一种移动平台深度辨识方法和融合探测模型。硬件部分根据软件部分所提出的要求,进行各分系统一体化设计,实现各个声纳系统从基阵到处理平台的一体化设计,解决一体化设计所带来的数据交换、机械结构和通信协议等多方面问题。  论文的主要工作及创新点:  1)针对探测型UUV的实际需求,研究了一体化整体架构,提出了声纳模块化、标准化的设计方法,可有效降低系统的体积和功耗,有利于其在UUV平台上的使用和推广;  2)系统论述了适于UUV的各种不同形态声纳的探测算法,深化了基于低频矢量简振波声场理论的声源深度估计技术,并利用湖试数据进行了验证;  3)开展了多阵阵元级、特征级数据融合算法研究,提出了水下协同探测的信息融合层次结构和TMA数据融合方法,并进行了仿真验证;  4)探讨了UUV声纳系统设计中的声兼容问题,给出了初步的设计思路。
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