参考声速剖面误差对主动式声呐定位影响仿真分析

参考声速剖面误差是制约水下定位精度最棘手的误差源.目前国际上主要存在声速剖面校正和传播时间校正这两类主动式声呐定位方法.本文提出了主动式声呐观测的信号传播时间追赶仿真算法,构建了带周期函数的经验正交函数声速场建模方法,实现了主动式声呐观测及水下定位海洋误差仿真,开展了声速剖面校正法和传播时间校正法两类定位模型对比分析.结果表明,虽然两种方法都具备良好的声速误差补偿效果,但两者仍存在毫米级差异;此外,海面测线构型优化有助于削弱参考声速误差影响.

海洋探测设备的超声波定位系统设计

为了准确定位海洋电磁探测设备的高度,基于海洋声波分层介质射线声学的声线轨迹方程,短基线定位原理,采用海水声速经验公式和主动声纳方程,推导出了适合本系统的浅海超声波定位算法。同时对该算法进行了仿真测试,并将算法仿真测试结果值与实际高度值进行了比较。硬件实现部分采用拥有低功耗模式的MSP430单片机,逆变H桥路,WBT-30海底超声波换能器,换能器匹配电路,滤波器电路和放大接收电路等元器件构建了浅海海底超声波定位系统硬件结构,并在吉林大学的实验室模拟海水水池中进行了实验和标定。通过对定位系统在水池实验中获得的结果和与设备真实位置的比较,证明该系统可以满足对水下目标设备的定位要求。

基于实时主动声定位的快速测频算法

针对爆炸试验中冲击波超压传感器位置定位的问题,采用陆上实时主动声定位系统对爆炸试验中冲击波超压传感器位置进行定位。系统中对主动发出声信号频率为已知特定几种频率之一的单频信号的快速实时频率检测,提出了一种快速频率检测算法。算法充分利用信号频率为已知特定几种频率之一这一特定条件,并结合离散时间傅里叶变换(DTFT)与离散傅里叶变换(DFT)的关系以及帕塞瓦尔定理,得出快速频率检测的表达式。经实验验证和计算分析,算法检测频率精准可靠,计算量比其他快速测频算法小得多,更适用于军事紧急状态下陆上实时主动声定位中主动发声和实时定位条件下的快速测频。

实时主动声定位系统设计

针对在军事演习或爆炸实验中对冲击波超压传感器位置的精确定位,设计了一种实时主动声定位系统。该系统由声信号发射系统、声信号接收处理系统和无线监控终端系统三部分组成。声信号发射系统与无线监控终端以单片机STC12C5A60S2作为核心控制器,接收处理系统以ARM9系列的S3C2440作为核心控制器。发射系统发射四种已知频率的声信号,接收处理系统接收并处理收到的四种声信号,然后把处理结果反馈到无线监控终端。通过实验表明,该系统在一定条件下,能够稳定地发射、接收并处理声信号,达到实时定位目标,并在200 m范围内将定位误差控制在厘米级内。