馬錦垠

摘 要:火箭助飛魚(yú)雷集導(dǎo)彈和魚(yú)雷技術(shù)于一體,是水下反潛的主戰(zhàn)武器之一,其落點(diǎn)精度直接影響著魚(yú)雷的射擊效率,因此,落點(diǎn)的測(cè)量是試驗(yàn)必須解決的難題之一。文章在介紹矢量水聽(tīng)器基礎(chǔ)上,主要闡述了基于矢量水聽(tīng)器陣的火箭助飛魚(yú)雷落點(diǎn)的測(cè)量方法,及采用的主要技術(shù)。

關(guān)鍵詞:矢量水聽(tīng)器HHT時(shí)空關(guān)聯(lián)方位估計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào):E92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(a)-0094-01

火箭助飛魚(yú)雷落點(diǎn)精度直接影響著魚(yú)雷的射擊效率,是評(píng)定魚(yú)雷性能的主要戰(zhàn)技指標(biāo)之一。因此,魚(yú)雷落點(diǎn)參數(shù)是火箭助飛魚(yú)雷試驗(yàn)必須獲取的重要參數(shù)之一。為可靠完成魚(yú)雷落點(diǎn)散布精度考核,這里介紹一種基于矢量水聽(tīng)器陣的被動(dòng)水聲測(cè)量方法。

1 矢量水聽(tīng)器

矢量水聽(tīng)器能夠同時(shí)測(cè)量聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲壓和質(zhì)點(diǎn)振速,從而完整的描述聲場(chǎng)信息[3]。同振型矢量水聽(tīng)器具有靈敏度高,靈敏度頻響在工作頻率范圍內(nèi)起伏小、指向性、對(duì)稱(chēng)性好、分辨率高等優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用于火箭助飛魚(yú)雷落點(diǎn)的測(cè)量。

2 測(cè)量方法

魚(yú)雷擊水聲為瞬態(tài)信號(hào),對(duì)魚(yú)雷落點(diǎn)參數(shù)的測(cè)量,應(yīng)以瞬態(tài)噪聲檢測(cè)定位為主。具體測(cè)量方法如下:

(1)由四個(gè)矢量水聽(tīng)器組成測(cè)量基陣,用于被動(dòng)接收魚(yú)雷擊水聲,測(cè)量魚(yú)雷相對(duì)于水聽(tīng)器陣元的方位和擊水聲信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻;

(2)采用DGPS 提供矢量水聽(tīng)器陣元的大地坐標(biāo);

(3)采用基于矢量水聽(tīng)器被動(dòng)測(cè)向原理的被動(dòng)純方位交匯技術(shù)對(duì)魚(yú)雷落點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,時(shí)延差雙曲面交匯定位技術(shù)作為落點(diǎn)測(cè)量的輔助手段,以保證落點(diǎn)的有效測(cè)量;在事后處理中采用希爾伯特—黃變換(HHT)對(duì)魚(yú)雷落點(diǎn)大地坐標(biāo)進(jìn)行處理。

3 主要技術(shù)

3.1 矢量HHT的瞬態(tài)信號(hào)分析

矢量水聽(tīng)器方位估計(jì)都是利用矢量的原理,也就是目標(biāo)方向取決于Vy與Vx的能量比值?；诨プV的線譜方位估計(jì)法與矢量HHT方位估計(jì)的不同在于,互譜法方位估計(jì)是對(duì)信號(hào)能量在頻域上分割:每一根譜線的Vx與Vy的能量作比值得到一個(gè)方位,然后對(duì)所有譜線作統(tǒng)計(jì)得到目標(biāo)方向。而HHT是對(duì)信號(hào)能量在時(shí)域上分割:通過(guò)經(jīng)驗(yàn)篩法(EMD),將信號(hào)分解成固有模態(tài)(IMF)(一般為有限數(shù)目)的和,對(duì)每個(gè)IMF進(jìn)行Hilbert變換就可以獲得有意義的瞬時(shí)頻率,對(duì)每個(gè)瞬時(shí)(采樣點(diǎn))Vx與Vy的能量作比值得到一個(gè)方位,然后對(duì)所有瞬時(shí)方位作統(tǒng)計(jì)得到目標(biāo)方向。

3.2 時(shí)空關(guān)聯(lián)

由于矢量水聽(tīng)器陣有一定尺寸,魚(yú)雷擊水聲信號(hào)傳播到各個(gè)陣元的時(shí)間存在時(shí)間差。對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo),各陣元在同一時(shí)刻測(cè)得的目標(biāo)方位并不是對(duì)應(yīng)于目標(biāo)的同一位置,為解決這一難題,在進(jìn)行定位解算時(shí),對(duì)目標(biāo)方位數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空關(guān)聯(lián),找到目標(biāo)同一時(shí)刻發(fā)出的信息在兩方位序列中的位置,即對(duì)方位序列進(jìn)行迭代運(yùn)算實(shí)現(xiàn)時(shí)間關(guān)聯(lián),再用關(guān)聯(lián)后的方位數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)位置。

經(jīng)時(shí)空關(guān)聯(lián)處理后,定位誤差可由幾10m降為1m以內(nèi)。

3.3 高精度方位估計(jì)

為提高矢量水聽(tīng)器的測(cè)向精度,采取的主要技術(shù)措施有

(1)矢量信號(hào)預(yù)處理。同一個(gè)矢量水聽(tīng)器的聲壓和振速靈敏度不同,且振速靈敏度隨頻率而變化。聲壓與振速相位差有頻率特性,應(yīng)予以補(bǔ)償。

(2)優(yōu)化測(cè)向信號(hào)處理算法。采用平均周期圖加權(quán)互譜算法,對(duì)方位序列進(jìn)行平均。

(3)嚴(yán)格控制矢量水聽(tīng)器工藝及測(cè)試流程,制定標(biāo)準(zhǔn),挑選優(yōu)質(zhì)的矢量水聽(tīng)器。

(4)矢量水聽(tīng)器在工作頻段500-5000Hz內(nèi),選擇10個(gè)頻點(diǎn)在消聲水池中作精密測(cè)量。

(5)消除矢量水聽(tīng)器測(cè)向的工程誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

矢量水聽(tīng)器自20世紀(jì)晚期問(wèn)世以來(lái),已廣泛應(yīng)用于海洋開(kāi)發(fā)和現(xiàn)代聲納工程領(lǐng)域。

本文提出采用矢量水聽(tīng)器對(duì)魚(yú)雷落點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,其方法可行,測(cè)量精度高。

參考文獻(xiàn)

[1]劉伯勝,雷家煜.水聲學(xué)原理[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社,2002(9).

[2]楊德森,洪連進(jìn).矢量水聽(tīng)器原理及應(yīng)用引論[M].科學(xué)出版社,2009(1).

[3]邢世文.三維矢量水聽(tīng)器及其成陣研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2009.