相关测速声纳姿态估计算法研究

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1、密级：中国科学院大学UnivenityofChlne瓣AcademyofSciences硕士学位论文作者姓名：呈驰指导教师：王量红班塞虽生垦型堂陵岜堂巫塞压学位类别：工程亟士学科专业：电王皇通篮王程研究所：生国科堂医直堂巫究所：MaChiADissertatio刖ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringInstitutionofAcousticsMay，2013哪3呲Ⅲ

2、哪，，㈨2洲¨¨¨¨¨¨■■__■哪旧咖3㈣2ⅢY中国科学院声学研究所学位论文原创声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：g弓匕日期：2013年争月冲日学位论文使用授权说明本人完全了解中国科学院大学关于收集、保存、使用论文的规定，·按照中国科学院大学要求提交学位论文的印刷本和电子版本；·中国科学院大学与中国科学院

3、声学研究所所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；·中国科学院大学与中国科学院声学研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；(保密论文在解密后遵守此规定)论文作者签名：弓g匕导师签名：王长乡乙日期：纫／；年岁月歼0摘要相关测速声纳是一种利用“波形不变性"原理工作的测速声纳，包括测量载体速度的声相关计程仪(AcousticCorrelationLog，简称ACL)和测量流场剖面的声相关流速剖面仪(AcousticCorrelationCurrentProfiler，简称ACCP)。波形不变性原理是相关测速声纳的基本工作原理，它指出：当2次信号

4、发射的时间间隔一定时，载体速度大小与具有相似性波形的接收阵元间距成正比。本文简述了该原理，对相关测速声纳信号处理方法进行了改进，并利用多次海上试验数据进行验证。以波形不变性原理和理想情况下的时空相关函数理论模型为基础，本文开展了以下研究工作：1)相关测速声纳姿态修正算法改进。实现了利用底混响时空相关函数来进行载体的姿态估计，并将估计的姿态应用于载体姿态修正。利用底混响时空相关函数估计的姿态更具有实时性，从而使相关测速声纳测速准确度得到了提高。2)局域化参数范围点数对速度解算影响研究。在计算数据时空相关函数的过程中，首先要确定参与计算的空间矢量点数Ⅳ，也称为局域化参数范围点数，

5、然后以预估计的相关矢量位置为中心，搜索距离该位置最小的Ⅳ个点。速度解算所需要的局域化参数范围最好是只包含相关系数较大的区域，因此用大量数据对不同的局域化参数点数进行尝试，最终把局域化参数范围点数从25点改为12点，相关测速声纳的测速效果更好。3)海试和湖试数据验证。对23kHz声相关流速剖面仪于2010年3月海上试验中的数据和70kHz声相关计程仪于2011年11月千岛湖试验中的数据进行处理和分析，在考核相关声纳系统性能的同时，也对相关测速声纳信号处理方法进行了验证。关键词：相关测速声纳、底混响时空相关函数、姿态估计、模型改进、局域化参数范围点数AbstractCorrela

6、tionsonarisatypeofsonarwhichcanm∞sureverticalprofilesofcurrentvelocitiesorvessel’Svdo衄．Itworksontheprincipleof‘waveforminvariance’．Therearetwokindsofcorrelationsonar：AcousticCorrelationLog(ACE)whichisusedtomea刚lrevessel’SvelocityandAcousticCorrelationCurrentProfiler(ACCP)whichisusedtomeasur

7、ecurrentprofiles．Theprincipleofwaveforminvariance,whichisoutlinedinthispaper,impliesthatvessel’Svdocityisproportionaltothespatialvectordistanceoftworeceiverswhichreceivethemostcorrelativeechoeswhenthesamepulseistransmittedtwiceatafixedtimedelay．Inthispap