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基于目标甚低频声场特性的水下定位方法研究
| 论文题名： | 基于目标甚低频声场特性的水下定位方法研究 |
| 关键词： | 浅海环境;声场特性;水声定位;贝叶斯理论;粒子群算法;模拟退火算法 |
| 摘要： | 水声定位技术在军用民用活动中都发挥着极其重要的作用，是我国建设海洋强国和强化海防力量的重要一环。我国拥有极其宽广的大陆架，使得浅海情况下的目标定位，追踪等问题尤其重要。此外，随着潜艇隐身技术与舰船减振降噪技术发展至今日，高频段辐射噪声已能够得到较好的抑制，但对于穿透较强的低频段噪声，降噪效果并不明显。因此，研究甚低频声信号在海洋中的传播规律，对于提高水声设设备探测能力，进而进行目标探测、定位有着重要意义。针对这一需求，本文开展了浅海环境中甚低频声场特性与定位研究。对于浅海被动定位有着重要实用价值。 本文的主要研究内容主要有 (1)具有弹性海底的Pekeris模型声场特性 对具有弹性海底具有弹性海底的Pekeris模型进行声场建模，利用简正波方法与快速场方法进行求解，并对声矢量场特性进行分析。理论以及仿真结果表明声压与水平振速的传播规律基本一致，而声压与垂直振速的传播规律相差较大，二者联合得到的垂直波阻抗随着距离起伏较大，包含了更丰富的声场信息。 (2)基于贝叶斯理论的定位方法 将弹性海底的Pekeris模型振速场与声压进行联合处理得到的垂直波阻抗用以声源位置估计，将估计过程看作是非线性贝叶斯估计求解过程，利用粒子群优化的粒子滤波算法与自适应单纯形模拟退火算法进行求解。其中，引入粒子群算法能够解决粒子滤波方法在初始值丢失时的性能较差问题，此外能够大大减少粒子数目，节约算力。与单纯下山形结合的自适应单纯形模拟退火算法能够解决模拟退火的局部收敛能力不强的问题。将粒子群优化的粒子滤波和自适应单纯形模拟退火作为定位估计器进行对比，仿真说明两种算法均能对声源进行较为准确的定位，其中自适应单纯形模拟退火受限制于单形收缩速度，速度相较于粒子群优化的粒子滤波算法略慢，但是有更高的精度。 (3)实验数据处理验证 借助青岛的某次实验结果对本文所提出定位方法进行数据验证，所选取的方法为粒子群优化的粒子滤波算法与自适应单纯形模拟退火算法。结果表明两种方法均能对声源目标位置进行估计，证明本文所提出的方法的准确性。 |
| 作者： | 刘岩 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 张海刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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