風(fēng)對(duì)智能雷彈角定位的影響

風(fēng)對(duì)智能雷彈角定位的影響

1聲源到傳播時(shí)間t智能雷雷艇主要利用被動(dòng)聲音定位目標(biāo)。在目前的研究中，已經(jīng)解決了幾種形式的角跟蹤算法，這些算法是在假設(shè)風(fēng)暴天氣下得出的。實(shí)戰(zhàn)中,在有風(fēng)天氣狀況下使用是必須的,因此風(fēng)對(duì)角定位的影響需要進(jìn)行充分研究,并予以修正。在靜止等溫的空氣中,點(diǎn)聲源S(xs,ys,zs)發(fā)出的聲波是以球面波形式向外傳播,其各時(shí)刻的波陣面是一系列以聲速增大的同心球,即t時(shí)刻波陣面滿足:(x-xs)2+(y-ys)2+(z-zs)2=(ct)2(1)因此,聲源到目標(biāo)的傳播時(shí)間為該段距離與聲速之比。即:t=1c√(x-xs)2+(y-ys)2+(z-zs)2=rsc(2)但在恒定的氣流場(chǎng)(風(fēng))中,聲波的波陣面除了以球面波式(1)向外傳播的同時(shí),還順著風(fēng)向以風(fēng)速v漂移。設(shè)風(fēng)向?yàn)棣?同時(shí)忽略較小的風(fēng)的垂直分量,則t時(shí)刻波陣面滿足:(x-xs-vtcosα)2+(y-ys-vtsinα)2+(z-zs)2=(ct)2(3)此時(shí)聲波的波陣面為一系列非同心圓,半徑與靜止空氣中傳播相同,但圓心順著風(fēng)向以風(fēng)速v移動(dòng)。此時(shí)聲源到原點(diǎn)的傳播時(shí)間為:t=1c2-v2[√c2r2s-v2(z2s+xsyssin2α)-v(xscosα+yssinα)]≈rsc1-vcxsrscosα+ysrssinα+v2c21-12(z2srs+xsysrssin2α)]}(4)由于聲源到傳聲器的傳播時(shí)間發(fā)生了變化,所以定位計(jì)算得到的方位角和仰角也將發(fā)生變化。由于風(fēng)對(duì)聲傳播的影響與聲探測(cè)陣列無關(guān),所以以平面四元陣推導(dǎo)的結(jié)果可用于其它陣形。2直角坐標(biāo)系的解析法如圖1,設(shè)聲源為S(x,y,z)點(diǎn),但由于受到風(fēng)的影響,傳聲器Μ1(l2,0,0)實(shí)際測(cè)得的等效無風(fēng)時(shí)的聲源為S′(x′,y′,z′)點(diǎn),而不是S點(diǎn)。SM1=r1,S′M1=r′1,OS=r,設(shè)聲音傳到傳聲器所需時(shí)間為t1,則:r′1=ct1SS′=vt1=vr′1c在直角坐標(biāo)系中:(r′1)2=(x′-l2)2+(y′)2+(z′)2(5)又知:x′=x-SS′?cosα=rcosθcosφ-vcr′1cosαy′=y-SS′?sinα=rcosθsinφ-vcr′1sinαz′=rsinθ而θ為真實(shí)仰角,φ為真實(shí)方位角,α為風(fēng)的方向角。將x′,y′,z′代入(5)式,可得:化簡(jiǎn)后,得:a(r′1)2+2b1r′1+c1=0(6)其中:{a=1-v2c2b1=-12vc[2rcosθcos(φ-α)-lcosα]c1=-(r2-rlcosθcosφ+l24)(7)解方程(6),得:r′1=-b1+√b21-ac1a(8)式(8)為方程(6)舍去小于0的解后的有效解。同理解出r′2:r′2=-b2+√b22-ac2a(9)其中:{b2=-12vc[2rcosθcos(φ-α)+lcosα]c2=-(r2+rlcosθcosφ+l24)(10)3ac2-s11-ac1,ac1,10,11傳聲器3、4-r4-r4-4-毛5.式(9)與式(8)之差即為傳聲器M2與M1間的聲程差:r′2-r′1=1a(b1-b2+√b22-ac2-√b21-ac1)(11)由于a?v、r?l,忽略(vc)2、(lr)及其高次項(xiàng)后化簡(jiǎn)可得:r′2-r′1=lcosθcosφ(1-vccosαccosθcosφ)(12)同理可得傳聲器M4與M3間的聲程差:r′4-r′3=lcosθsinφ(1-vcsinαcosθsinφ)(13)4風(fēng)對(duì)方位角和仰角的影響對(duì)于圖1中M1、M2、M3、M4四傳聲器組成的陣列,由式(12)、(13)可得,風(fēng)影響下計(jì)算的方位角φ′與實(shí)際方位角φ的關(guān)系為:tanφ′=r′4-r′3r′2-r′1=sinφ(1-vcsinαcosθsinφ)cosφ(1-vccosαcosθcosφ)=tanφ?1-vcsinαcosθsinφ1-vccosαcosθcosφ(14)同理可得:√(r′2-r′1)2+(r′4-r′3)2=lcosθ[1-vccos(φ-α)cosθ](15)由此可得在風(fēng)影響下計(jì)算的仰角θ′與實(shí)際仰角θ的關(guān)系:cosθ′=cosθ[1-vccos(φ-α)cosθ](16)由于v?c,為了計(jì)算簡(jiǎn)單,忽略二次項(xiàng)(vc)2的影響,此時(shí)有方位角和仰角的修正公式:tanφ=tanφ′?1+vcsinαcosθ′sinφ′1+vccosαcosθ′cosφ′(17)和cosθ=cosθ′?[1+vccos(φ′-α)cosθ′](18)由風(fēng)對(duì)方位角和仰角的修正公式可知,風(fēng)對(duì)方位角和仰角的影響為:Δφ≈|tanφ′-tanφ|cos2φ=|sin(φ-α)|cosθ?vc(19)Δθ≈|cosθ′-cosθ|sinθ=|cos(φ-θ)|sinθ?vc(20)對(duì)于很小的仰角θ,式(20)估計(jì)的誤差很大,此時(shí)可用下式估計(jì):Δθ≈√2|cos(φ-α)|vc-[1-|cos(φ-α)|4vc]θ(21)5聲源定位仿真為了直觀地反映風(fēng)對(duì)定位的影響和修正的效果,同時(shí)反映風(fēng)與聲源不同夾角的影響,取風(fēng)向?yàn)?°,對(duì)100m高的聲源,100m近處和500m遠(yuǎn)處,風(fēng)速為10m/s的較大5級(jí)風(fēng)影響下的定位結(jié)果和修正后的定位結(jié)果進(jìn)行了全方位仿真,結(jié)果與理論推導(dǎo)相吻合。圖2為近處修正前后方位角誤差、仰角誤差和空間角度誤差的仿真結(jié)果,圖3為遠(yuǎn)處修正前后方位角誤差、仰角誤差和空間角度誤差的仿真結(jié)果。6響應(yīng)2000.2.2%仿真計(jì)算