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水声被动定位技术是水声学领域的永恒课题,本文主要研究浅海环境下基于多径时延结构的匹配被动定位方法,目标是实现浅海中远距离、中低频目标声源信号的定位测距。
本文使用倒谱分析进行多途信号的激励与信道分离,获取多径时延结构;使用声场建模模型完成特定声传播环境下的声信道时延结构计算。基于此,本文使用两种多径时延结构下的距离计算方法,分别是公式距离计算方法和匹配定位方法。基于多径时延的公式距离计算方法是在理想化了水域声速分布、水面水底特性等水文环境知识的基础上,利用射线声学理论以及几何关系推导的距离计算公式。根据利用的声线结构差异,这些方法被分别称为DSB方法、DSSB方法、DSBS方法、DBSB方法、DBBS方法、DS方法以及DB方法。基于多径时延结构的匹配定位方法则是在特定水文条件下,确定环境参数,如声速分布、海洋深度、海底地形等数据作为参数输入声场建模软件,采取遍历的方式对假定的声源位置进行声场计算,得到需要的时延到达结构,获得拷贝场,将其与实测数据的测量场按照匹配处理器进行匹配处理,进行估计判断即可获得目标的距离估计。
本文对基于多径时延的距离公式计算和基于多径时延结构的匹配被动定位方法进行了大量的计算机仿真,在特定的声传播下取得了良好的定位效果。然后将这两种定位方法用于处理莫干山水库实验数据,干岛湖实验数据和两组海试实验数据。处理结果表明,公式的距离计算方法取得了较好的定位效果,达到了较高的定位精度;而匹配的方法未能在实验数据处理上取得预期效果。最后本文对匹配方法失败的可能原因进行了分析论述。