火箭助飞鱼雷落点测量方法①

马锦垠

摘 要:火箭助飞鱼雷集导弹和鱼雷技术于一体,是水下反潜的主战武器之一,其落点精度直接影响着鱼雷的射击效率,因此,落点的测量是试验必须解决的难题之一。文章在介绍矢量水听器基础上,主要阐述了基于矢量水听器阵的火箭助飞鱼雷落点的测量方法,及采用的主要技术。

关键词:矢量水听器HHT时空关联方位估计

中图分类号:E92 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(a)-0094-01

火箭助飞鱼雷落点精度直接影响着鱼雷的射击效率,是评定鱼雷性能的主要战技指标之一。因此,鱼雷落点参数是火箭助飞鱼雷试验必须获取的重要参数之一。为可靠完成鱼雷落点散布精度考核,这里介绍一种基于矢量水听器阵的被动水声测量方法。

1 矢量水听器

矢量水听器能够同时测量声场中某点的声压和质点振速,从而完整的描述声场信息[3]。同振型矢量水听器具有灵敏度高,灵敏度频响在工作频率范围内起伏小、指向性、对称性好、分辨率高等优点,可应用于火箭助飞鱼雷落点的测量。

2 测量方法

鱼雷击水声为瞬态信号,对鱼雷落点参数的测量,应以瞬态噪声检测定位为主。具体测量方法如下:

(1)由四个矢量水听器组成测量基阵,用于被动接收鱼雷击水声,测量鱼雷相对于水听器阵元的方位和击水声信号的到达时刻;

(2)采用DGPS 提供矢量水听器阵元的大地坐标;

(3)采用基于矢量水听器被动测向原理的被动纯方位交汇技术对鱼雷落点进行实时定位,时延差双曲面交汇定位技术作为落点测量的辅助手段,以保证落点的有效测量;在事后处理中采用希尔伯特—黄变换(HHT)对鱼雷落点大地坐标进行处理。

3 主要技术

3.1 矢量HHT的瞬态信号分析

矢量水听器方位估计都是利用矢量的原理,也就是目标方向取决于Vy与Vx的能量比值。基于互谱的线谱方位估计法与矢量HHT方位估计的不同在于,互谱法方位估计是对信号能量在频域上分割:每一根谱线的Vx与Vy的能量作比值得到一个方位,然后对所有谱线作统计得到目标方向。而HHT是对信号能量在时域上分割:通过经验筛法(EMD),将信号分解成固有模态(IMF)(一般为有限数目)的和,对每个IMF进行Hilbert变换就可以获得有意义的瞬时频率,对每个瞬时(采样点)Vx与Vy的能量作比值得到一个方位,然后对所有瞬时方位作统计得到目标方向。

3.2 时空关联

由于矢量水听器阵有一定尺寸,鱼雷击水声信号传播到各个阵元的时间存在时间差。对于运动目标,各阵元在同一时刻测得的目标方位并不是对应于目标的同一位置,为解决这一难题,在进行定位解算时,对目标方位数据进行时空关联,找到目标同一时刻发出的信息在两方位序列中的位置,即对方位序列进行迭代运算实现时间关联,再用关联后的方位数据计算目标位置。

经时空关联处理后,定位误差可由几10m降为1m以内。

3.3 高精度方位估计

为提高矢量水听器的测向精度,采取的主要技术措施有

(1)矢量信号预处理。同一个矢量水听器的声压和振速灵敏度不同,且振速灵敏度随频率而变化。声压与振速相位差有频率特性,应予以补偿。

(2)优化测向信号处理算法。采用平均周期图加权互谱算法,对方位序列进行平均。

(3)严格控制矢量水听器工艺及测试流程,制定标准,挑选优质的矢量水听器。

(4)矢量水听器在工作频段500-5000Hz内,选择10个频点在消声水池中作精密测量。

(5)消除矢量水听器测向的工程误差。

4 结语

矢量水听器自20世纪晚期问世以来,已广泛应用于海洋开发和现代声纳工程领域。

本文提出采用矢量水听器对鱼雷落点进行测量,其方法可行,测量精度高。

参考文献

[1]刘伯胜,雷家煜.水声学原理[M].哈尔滨工程大学出版社,2002(9).

[2]杨德森,洪连进.矢量水听器原理及应用引论[M].科学出版社,2009(1).

[3]邢世文.三维矢量水听器及其成阵研究[D].哈尔滨工程大学,2009.