直升机吊放声纳探测建模与仿真研究.pdf

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1、第29卷第1期青岛大学学报(工程技术版)Vol_29No．12014年3月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(E&T)Mar．2014文章编号：1006—9798(2014)01—0073—05；DOI：10．133061．1006—9798．2014．O1．016直升机吊放声纳探测建模与仿真研究孙明太，赵志允，任东彦(海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041)摘要：由于现有水声环境模型很难为吊放声纳战术研究提供真实可用的模型支持，因此为研究吊放声纳探测概率分布规律，本文采用风压经验公式和Bellho

2、p与Jackson模型，分别对海洋背景噪声和混响干扰进行分析和建模，并根据吊声性能和工作原理，建立了吊放声纳检测概率计算模型，通过设置水声环境和潜艇目标参数，计算吊声检测概率在水声环境中的空间分布。仿真结果表明，在良好的水文条件下，吊声探测效果较好，2000in以内的目标探测概率较高，最远约90001TI处仍存在探测到目标的可能；吊声探测距离对潜艇目标深度十分敏感，对于吊点深度上下附近(40m)的潜艇探测距离明显增加，同时由于水声传播损失和混响的影响，吊声主动探测效果具有不确定性和断续性，因此吊声检测概率呈现不确定性立体分布

3、。该研究为搜潜战术研究提供了理论依据。关键词：吊放声纳；检测概率；建模与仿真中图分类号：U666．7；TP391．92文献标识码：A吊放声纳(简称吊声)是反潜直升机装备的主要搜潜设备之一。该设备不仅在平时训练中使用最多，而且在未来的反潜作战中也将发挥重要的作用。吊声搜潜战术是现代航空搜潜战术的重要组成部分Ⅲ，而吊声搜潜效能受水声环境的影响很大。目前，对水声环境的分析和建模还不能为搜潜战术的研究提供真实可用的模型支持，王磊等人_2的战术研究没有考虑水声环境的影响，仅假设作用距离，将吊声立体探测域简化为平面有效作用距离圆；针对水

4、声环境对搜潜战术的研究，由于限于某种特定水声环境，沈培志等人的研究结论多以定性分析为主；金立峰等人l_6仅限于对声纳作用的距离进行估计或预报；赵晓哲等人将吊声探测域范围简化为几何体积范围，未考虑水声环境的影响作用。因此，为了在三维空间中建立水声环境对吊声探测的影响模型，反映吊声探测中出现的断续性和不确定性等本质特点，本文基于吊声工作过程和探测机理，根据搜潜战术研究相适应的仿真度和粒度需求，充分考虑水声环境和目标特性中主要影响因素，建立吊声实际检测概率模型，并仿真分析了吊声检测概率的三维空间分布。该研究为搜潜战术研究提供了真实

5、可用的水声环境模型支持。1水声环境分析与建模1．1海洋环境噪声分析与建模海洋环境噪声，也称自然噪声，是水声信道中的一种干扰背景场，对声纳系统的检测和识别有重要影响。按照发声机理，可将海洋环境噪声的来源分为4类：海洋动力学噪声、海洋生物噪声、海洋中的人为噪声和海洋热噪声。以上各类噪声中，对吊声被动工作频段产生影响的主要有海洋动力学噪声中的风成噪声。风成噪声在100Hz～10kHz频段，主要和风压有关，即NL⋯d一101g(nK⋯d)(1)式中，NL⋯a为风成噪声级；K⋯为风压。其中收稿日期：2013—06—21作者简介：孙明太

6、(1961一)，男，山东菏泽人，教授，博士生导师，主要从事航空反潜战术研究。74青岛大学学报(工程技术版)第29卷表1海况和风速关系一(2)海况／级风速一／(m·s。。)式中，为高频风速，YAp一max(7J1)；f为频率；为幂系数，与空气温度和水温丁。有关。其中f0T．一T<1{0．26(T一T一1．0)T一T≥l假设为海平面10ITI处的风速，并与海况有关，则海况与风速关系如表1所示。1．2混晌分析与建模对于主动声纳信号，除了受海洋环境噪声的干扰外，还受到混响信号的干扰，而且在很多情况下混响是主要的背景噪声，限制了声纳探

7、测效能_1。混响是由于海洋中大量无规则散射体及起伏不平的界面对入射声信号产生散射，在接收点上接收到的所有散射波的总和。混响的产生包括3个过程：声源传播到散射源、散射源的散射过程以及散射声波传播到接收器。本文采用Bellhop模型计算声源传播到海底散射源和散射声压在接收器处的混响强度，海底散射源的散射过程采用Jackson模型。t时刻的平均混响级为RL()一∑∑H，()6(臼，)H()6，95)5b(O)dA(4)⋯1、ijm"式巾，Q。为吊声声源发射声强；H为沿着路径川从吊声主动基阵到海底散射元的传播；H为沿着路径n从海底散

8、射元到吊声接收基阵的传播损失；A(￡)为脉宽时间在时刻t对混响有贡献的所有海底散射面积；0为掠射角()为海底散射元反向散射参数；b(O，)为吊声发射指向性图；b(，)为吊声接收指向性陶；为水平方向角；dA为海底散射元。其中，()根据单基地声纳Jackson模型求解，具体详见文献[11l2]