鱼雷自导系统模拟数学仿真技术研究
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摘要
在海洋战场上，潜艇和潜艇部队时刻威胁着水面舰艇和近岸目标，反潜将是未来海战的主要内容。而鱼雷是水下以潜反潜的唯一武器。
自导鱼雷是鱼雷系列中重要的一员，建立关于自导系统的仿真不仅有助于进一步了解鱼雷自导系统的工作原理，而且对于改善自导系统的工作性能也有着一定的参考作用。
本论文的目的是开展鱼雷声自导系统模拟的数学仿真技术研究，在分析、论证的基础上对自导系统各个主要的功能模块进行仿真实现。仿真软件对实际的自导设计具有一定的实用价值。
本文所作的主要工作及研究成果主要有以下几个方面：
(1)对自导工作过程中的信号与信息处理的基本理论与方法进行了较为全面的研究，为建立一个较为完备的自导仿真系统提供了理论基础；
(2)讨论了自导系统工作过程中海洋信道对目标回波信号与目标辐射噪声信号等的影响，建立回波信号的数学模型、环境场中的噪声信号模型(包括海洋环境噪声、目标辐射噪声与鱼雷背景噪声等)与海洋混响模型，模拟产生了声自导系统基阵接收到的回波信号与噪声信号；
(3)深入研究并建立了自导仿真系统的总体框架，给出各个具体功能模块组成，讨论了声自导系统对信号的时域与空域处理，并结合仿真程序中阵列信号处理模块，给出固定多通道波束形成的仿真实现过程；
(4)根据系统的仿真模型与已建立的仿真流程图编制了通用鱼雷模拟器自导系统仿真软件，通过网络与控制系统相连，组成完整的鱼雷模拟器。
This thesis considers the research of simulation modeling and simulation system of homing system, which can not only investigate the performance, theory and method of homing system, but also improve the homing system technique.
In the ocean battlefield, the submarine and submarine army threaten the naval vessel above water and nearly bank goals constantly. It is the main content of the sea warfare in the future to assault submarine. Torpedo is the only useful weapon and play very important role during naval battle. Homing torpedo is part and parcel of weapons working under water.
The main research advances can be summarized as follows:
(1) Study the signal processing's performances and methods of homing torpedo system comprehensively, in order to setting up a corresponding mathematical models;
(2) Analyze the ocean channel's effects on the work of homing system, then found some models such as target echo signal, noise (including background noise, target radiating noise, etc), ocean reverberation. According to them, simulate the array signal;
(3) The system structure, every function blocks composing are studied and founded thoroughly. Then, discuss methods of signal processing in time domain and airspace domain;
(4) Program the simulation software of torpedo's homing system according to the simulation models and flow charts, which connected with torpedo's control part.
自导鱼雷是鱼雷系列中重要的一员，建立关于自导系统的仿真不仅有助于进一步了解鱼雷自导系统的工作原理，而且对于改善自导系统的工作性能也有着一定的参考作用。
本论文的目的是开展鱼雷声自导系统模拟的数学仿真技术研究，在分析、论证的基础上对自导系统各个主要的功能模块进行仿真实现。仿真软件对实际的自导设计具有一定的实用价值。
本文所作的主要工作及研究成果主要有以下几个方面：
(1)对自导工作过程中的信号与信息处理的基本理论与方法进行了较为全面的研究，为建立一个较为完备的自导仿真系统提供了理论基础；
(2)讨论了自导系统工作过程中海洋信道对目标回波信号与目标辐射噪声信号等的影响，建立回波信号的数学模型、环境场中的噪声信号模型(包括海洋环境噪声、目标辐射噪声与鱼雷背景噪声等)与海洋混响模型，模拟产生了声自导系统基阵接收到的回波信号与噪声信号；
(3)深入研究并建立了自导仿真系统的总体框架，给出各个具体功能模块组成，讨论了声自导系统对信号的时域与空域处理，并结合仿真程序中阵列信号处理模块，给出固定多通道波束形成的仿真实现过程；
(4)根据系统的仿真模型与已建立的仿真流程图编制了通用鱼雷模拟器自导系统仿真软件，通过网络与控制系统相连，组成完整的鱼雷模拟器。
This thesis considers the research of simulation modeling and simulation system of homing system, which can not only investigate the performance, theory and method of homing system, but also improve the homing system technique.
In the ocean battlefield, the submarine and submarine army threaten the naval vessel above water and nearly bank goals constantly. It is the main content of the sea warfare in the future to assault submarine. Torpedo is the only useful weapon and play very important role during naval battle. Homing torpedo is part and parcel of weapons working under water.
The main research advances can be summarized as follows:
(1) Study the signal processing's performances and methods of homing torpedo system comprehensively, in order to setting up a corresponding mathematical models;
(2) Analyze the ocean channel's effects on the work of homing system, then found some models such as target echo signal, noise (including background noise, target radiating noise, etc), ocean reverberation. According to them, simulate the array signal;
(3) The system structure, every function blocks composing are studied and founded thoroughly. Then, discuss methods of signal processing in time domain and airspace domain;
(4) Program the simulation software of torpedo's homing system according to the simulation models and flow charts, which connected with torpedo's control part.
引文
[1] 谢一清、李志舜，《鱼雷自导系统》，西北工业大学303教研室，1985
[2] 肖国有、屠庆平，《声信号处理及应用》，西北工业大学出版社，1994
[3] 李启虎，《声呐信号处理引论》，海洋出版社，1985
[4] 刘伯胜、雷家煜，《水声学原理》，哈尔滨工程大学出版社，1997
[5] 朱埜，《主动声呐检测信息原理》，海洋出版社，1990
[6] 周福洪，《水声换能器及基阵》，国防工业出版社，1984
[7] 田琬逸、张效民，《信号检测与估值》，西北工业大学出版社，1990
[8] 钱秋珊、陆根源，《水声信号处理基础》，国防工业出版社，1981
[9] 胡广书，《数字信号处理——理论、算法与实现》，清华大学出版社，2001
[10] 董大群、黄建国，《数字信号处理》，西北工业大学出版社，1994
[11] R. J. 尤立克，《水声原理》，哈尔滨船舶工程学院出版社，1990
[12] 郑兆宁、向大威，《水声信号被动检测与参数估计理论》，科学出版社，1981
[13] 侯自强、李贵斌，《声呐信号处理——原理与设备》，海洋出版社，1986
[14] 田坦、刘国枝、孙大军，《声呐技术》，哈尔滨工程大学出版社，2000
[15] J. W. Caruthers，《海洋声学原理》，科学出版社，1983
[16] (苏)布列霍夫斯基，《海洋声学》，科学出版社，1983
[17] 陈传赉，《现代信号处理导论》，北京邮电大学出版社，2003
[18] 徐钟济，《蒙特卡罗方法》，上海科学技术出版社，1985
[19] 封建湖、车刚明、聂玉峰，《数值分析原理》，科学出版社，2001
[20] David J. Kruglinski, 《Visual C++技术内幕》，清华大学出版社，2001
[21] 段兴，《Visual C++实用程序100例》，人民邮电出版社，2002
[22] 钱能，《C++程序设计教程》，清华大学出版社，2001
[23] 王英民、陈航，“鱼雷自导模拟技术研究实施方案”，中国国防科学技术报告，2002
[24] 赵涵，“水声信号的计算机模拟”，声学与电子工程，Vol．26，No．2，1992
[25] 王宇、王新晓、刘科伟，“多目标声纳信号的数字模拟及参数控制”，电声技术，Vol．209，No．11，2002
[25] 王明洲、黄晓文、郝重阳，“基于声学亮点特征的水下目标回波模型”，系统仿真学报，Vol．15，No．1，2003
[26] 汤渭霖，“声呐目标回波的亮点模型”，声学学报，Vol．19，No．2，1994
[27] 杨宝民、陈航、田琬逸，“鱼雷自导仿真可信性的时一频分析研究”，系统仿真学报，Vol．13，No．4，2001
[28] 杨宝民、冀邦杰、陈航，“宽频带自导演示系统仿真的研究”，系统仿真学报，Vol．14，No．2，2002
[29] 马静、史新华、马远良，“声呐信号测向技术仿真研究及实现”，应用声学，Vol．16，No．1，1997
[30] 张天伟、马存宝等，“声呐目标模拟器回波信号的数学模型”，系统仿真学报，Vol．13，No．2，2001
[31] 尚怀智、金浩，“数字波束形成技术”，遥测遥控，Vol．19，No．3，1998
[32] 李正刚，“潜艇目标尺度模拟方法与技术研究”，声学技术，Vol．16，No．2，1997
[33] 肖国有、相明、王丁等，“多通道声呐信号的数字模拟”，西北工业大学学报，Vol．15，No．1，1997
[34] 王新晓、黄建国、张群飞，“海洋混响仿真技术研究”，声学与电子工程，Vol．67，No．3，2002
[35] 方世良，“海洋混响信号的序贯仿真”，声学技术，Vol．15，No．3，1996
[36] 陈鹏，“基于VC的鱼雷自导系统仿真框架”，西北工业大学硕士学位论文，2003
[37] 王新晓，“自导系统仿真建模及仿真系统研究”，西北工业大学硕士学位论文，2002
[38] 王蕴平，“数字波束形成与目标精确定向”，西北工业大学硕士学位论文，1994
[39] 梁亦慧、陈航，“基阵接收信号的模拟仿真”，2003年仿真学术年会论文集，2003
[40] B.D.Van Veen and K.M.Buckley, "Beamforming: A Versatile Approch to Spatial filtering", IEEE ASSP Magazine, Jul. 1996
[41] H.Krim and M.Viberg, "Two decades of array signal processing research", IEEE Signal Processing Magazine, Jul. 1996
[42] S.H.Isabelle and G.W. Wornell, "Statistical Analysis and Spectral Estimation Techniques for One-Dimensional Chaotic Signals", IEEE Transactions on Signal Processing, Vol.45, No.6, 1997
[43] William C.Knight, Roger G. Pridham and Steven M.Kay, "Digital Signal Processing for Sonar", Proceedings of IEEE, Vol.69, No.11, 1981
[44] Alfred Hero, "Highlights of statistical signal and array processing", IEEE Signal Processing Magazine, Sep. 1998
[2] 肖国有、屠庆平，《声信号处理及应用》，西北工业大学出版社，1994
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[28] 杨宝民、冀邦杰、陈航，“宽频带自导演示系统仿真的研究”，系统仿真学报，Vol．14，No．2，2002
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[38] 王蕴平，“数字波束形成与目标精确定向”，西北工业大学硕士学位论文，1994
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