多AUV联合目标探测的关键技术研究

Cooperative detection by multistatic sonar would lead to higher estimation accuracy, lager detection range, more robustness.The multistatic system composed of AUV will play an important part due to the flexibility, maneuverability, and low cost of AUV. However, the underwater environment with complicated space-time-frequency characteristics and random fluctuation, is more complex than in the air. Low sound speed makes much larger Doppler scale than multistatic radar, so that many problems restrict the practicability of copperative detection by multiple AUV. Basing on the past research, our program aims to solve several key problems for cooperative detection by multiple AUV by three years research, including AUV localization by sonobuoy, target detection basing on AUV detectors, and target parameter estimation basing on multiple AUV's raw signal. Moreover, the impaction of AUV localization error for target cooperation detection would be analyzed and the solution also provided. Lay on the foundation of algorithms and simulation system, a 2-node communication system is set up and composed of a sonobuoy and an AUV. The algorithms would be validated by numerical simulation, and lake experiment. The research will be beneficial to the applications of cooperative detection by multiple with theoretical and technical foundations, and contribute to ocean surveillance and underwater warfare tactics.

多基地声纳探测能够改善检测性能，得到更高的估计精度，更大的探测范围，更好的稳健性。AUV具有灵活性、机动性和低成本性，借助AUV搭建的多基地声纳系统将是未来多基地声纳发展的重要途径。然而，水下环境复杂，声速较低，多普勒尺度远大于多基地雷达，多AUV联合目标探测的实用化还有很多问题急待解决。本项目拟在已有的研究基础之上，经过3年的研究，解决多AUV联合目标探测的若干关键技术问题：借助浮标作为参照物估计多AUV相对位置，基于多AUV的检测器数据联合进行目标检测，进一步研究基于多AUV的阵元原始数据来联合估计目标参数，并且评估多AUV相对位置误差对联合探测的影响并给出解决方法。通过大量模拟和仿真后，建立浮标+AUV的2节点实验平台，并搭载湖海实验，进行新算法的实验研究。通过此项研究，将大大提高多AUV联合目标探测的理论和技术储备，为实用化打下扎实的基础，为海洋监测和水下战术迈上一新台阶做出贡献。

多基地声纳探测能够改善检测性能，得到更高的估计精度，更大的探测范围，更好的稳健性。AUV具有灵活性、机动性和低成本性，借助AUV搭建的多基地声纳系统将是未来多基地声纳发展的重要途径。然而，水下环境复杂，声速较低，多普勒尺度远大于多基地雷达，多AUV联合目标探测的实用化还有很多问题急待解决。本项目针对多基地声纳的应用背景开展了研究。经过3年的研究，解决了多AUV联合目标探测的若干关键技术问题，发表了论文5篇，在审1篇，提交了专利3篇，培养博士生3名。.1.首先研究了分层次水下网络结构.提出了多浮标组成的分层次网络，根据各节点之间的距离进行分组组网，并在发生诸如浮标漂移等异常后重新组网。.提出了由多AUV、浮标组成的分层次网络，并根据声纳探测距离、通信距离设计了AUV的探测区域和路径。.2.研究了AUV的定位方法.提出了一种基于Fisher信息矩阵的短基线多AUV定位方法。.研制了AUV的3D定位模块，应用于中科院知识创新重大工程项目中。.3. 从信号级、特征级、检测级出发研究了多AUV联合参数估计.提出了一种基于子阵划分的双基地MIMO结构，可进行检测级的融合。.基于AUV到目标的距离，提出了一种检测器级别的参数估计融合方法。.针对单平台AUV多源实时联合探测问题，提出一种多阵列之间的数据融合方法。.4.湖试.2016年12月在千岛湖试验场，构建了中科院轻型电动力AUV和潜标系统组成的试验平台，获取了AUV与潜标定位的大量试验数据，验证了AUV定位方法的有效性。..本课题为多AUV联合目标探测的实用化打下扎实的基础，将为海洋监测和水下战术迈上一新台阶做出贡献。一方面，研究成果可应用于多AUV网络以及由更大的水下网络中；一方面，以现有试验平台为基础，后续将可扩展为更大的水下网络平台，可开展协同参数估计和定位导航的研究。.此文，课题负责人在十三五期间负责了某海装预研项目，其中关键技术的突破将基于本课题的研究基础。