火箭助飛魚雷落點測量方法①

馬錦垠

摘 要:火箭助飛魚雷集導彈和魚雷技術于一體,是水下反潛的主戰武器之一,其落點精度直接影響著魚雷的射擊效率,因此,落點的測量是試驗必須解決的難題之一。文章在介紹矢量水聽器基礎上,主要闡述了基于矢量水聽器陣的火箭助飛魚雷落點的測量方法,及采用的主要技術。

關鍵詞:矢量水聽器HHT時空關聯方位估計

中圖分類號:E92 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(a)-0094-01

火箭助飛魚雷落點精度直接影響著魚雷的射擊效率,是評定魚雷性能的主要戰技指標之一。因此,魚雷落點參數是火箭助飛魚雷試驗必須獲取的重要參數之一。為可靠完成魚雷落點散布精度考核,這里介紹一種基于矢量水聽器陣的被動水聲測量方法。

1 矢量水聽器

矢量水聽器能夠同時測量聲場中某點的聲壓和質點振速,從而完整的描述聲場信息[3]。同振型矢量水聽器具有靈敏度高,靈敏度頻響在工作頻率范圍內起伏小、指向性、對稱性好、分辨率高等優點,可應用于火箭助飛魚雷落點的測量。

2 測量方法

魚雷擊水聲為瞬態信號,對魚雷落點參數的測量,應以瞬態噪聲檢測定位為主。具體測量方法如下:

(1)由四個矢量水聽器組成測量基陣,用于被動接收魚雷擊水聲,測量魚雷相對于水聽器陣元的方位和擊水聲信號的到達時刻;

(2)采用DGPS 提供矢量水聽器陣元的大地坐標;

(3)采用基于矢量水聽器被動測向原理的被動純方位交匯技術對魚雷落點進行實時定位,時延差雙曲面交匯定位技術作為落點測量的輔助手段,以保證落點的有效測量;在事后處理中采用希爾伯特—黃變換(HHT)對魚雷落點大地坐標進行處理。

3 主要技術

3.1 矢量HHT的瞬態信號分析

矢量水聽器方位估計都是利用矢量的原理,也就是目標方向取決于Vy與Vx的能量比值。基于互譜的線譜方位估計法與矢量HHT方位估計的不同在于,互譜法方位估計是對信號能量在頻域上分割:每一根譜線的Vx與Vy的能量作比值得到一個方位,然后對所有譜線作統計得到目標方向。而HHT是對信號能量在時域上分割:通過經驗篩法(EMD),將信號分解成固有模態(IMF)(一般為有限數目)的和,對每個IMF進行Hilbert變換就可以獲得有意義的瞬時頻率,對每個瞬時(采樣點)Vx與Vy的能量作比值得到一個方位,然后對所有瞬時方位作統計得到目標方向。

3.2 時空關聯

由于矢量水聽器陣有一定尺寸,魚雷擊水聲信號傳播到各個陣元的時間存在時間差。對于運動目標,各陣元在同一時刻測得的目標方位并不是對應于目標的同一位置,為解決這一難題,在進行定位解算時,對目標方位數據進行時空關聯,找到目標同一時刻發出的信息在兩方位序列中的位置,即對方位序列進行迭代運算實現時間關聯,再用關聯后的方位數據計算目標位置。

經時空關聯處理后,定位誤差可由幾10m降為1m以內。

3.3 高精度方位估計

為提高矢量水聽器的測向精度,采取的主要技術措施有

(1)矢量信號預處理。同一個矢量水聽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,應予以補償。

(2)優化測向信號處理算法。采用平均周期圖加權互譜算法,對方位序列進行平均。

(3)嚴格控制矢量水聽器工藝及測試流程,制定標準,挑選優質的矢量水聽器。

(4)矢量水聽器在工作頻段500-5000Hz內,選擇10個頻點在消聲水池中作精密測量。

(5)消除矢量水聽器測向的工程誤差。

4 結語

矢量水聽器自20世紀晚期問世以來,已廣泛應用于海洋開發和現代聲納工程領域。

本文提出采用矢量水聽器對魚雷落點進行測量,其方法可行,測量精度高。

參考文獻

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

[2]楊德森,洪連進.矢量水聽器原理及應用引論[M].科學出版社,2009(1).

[3]邢世文.三維矢量水聽器及其成陣研究[D].哈爾濱工程大學,2009.