利用磁天线接收长波信号实现水下航行器的隐蔽定位技术研究

由于高频电磁波在水下传播困难，水下定位一直是无线电导航领域尚未解决的世界难题，出于保密原因，至今仍难检索到电磁波信号应用于水下导航定位的公开报道，针对该问题，本课题提出利用高灵敏磁天线接收低频长波信号在一定深度实现水下航行器的隐蔽定位技术研究，以便为水下航行器惯导系统提供隐蔽标校手段。课题将在前期已有的理论与试验基础上，重点研究长波信号在水中的色散传播特性，高灵敏水下接收磁天线特性，水下接收长波弱信号的检测与处理技术以及长波信号的水下隐蔽定位方法等内容。课题还将结合仿真与实测手段，提出利用长波实现水下导航与定位的初步方案。课题的研究成果将对我国水下导航与定位产生积极影响，扩展无线电导航技术的应用领域，缩短我国在水下导航与定位技术方面与国际先进水平的差距，具有较好的经济效益与国防应用价值。

近年来，卫星导航技术蓬勃发展，在陆上交通、航空和航海等各个领域都逐渐取代传统无线电导航手段，成为目前应用最为广泛的无线电导航方式。传统无线电导航系统需要寻求其它应用领域延续生命力，水下航行器导航应用是其中一个重要方面。随着水下航行器蓬勃发展，反潜技术也越来越受到各国重视，尤其是我国周边海洋争端不断，临海各国都加大了对水下环境的侦查探测，使我国水下航行器的生存受到了严峻的挑战。为应对这种不利局面，急需提高我水下航行器的隐蔽能力，目前水下定位是制约水下航行器长航时隐蔽的一个关键瓶颈。.针对上述问题，项目在充分了解国内外长波导航技术发展的基础上，结合磁天线和罗兰C长波导航系统，重点对与水下长波导航的主要相关技术进行了深入研究，包括长波导航信号地波传播和水下传播规律研究，长波信号水下色散规律研究，磁天线的设计及方向性、接收信噪比和频带特性等性能测试，全向磁天线信号合成技术、基于磁天线接收的高灵敏捕获与跟踪技术以及长波信号的水下定位技术等。.项目针对全向磁天线的信号接收，提出了基于FFT-IFFT变换的高精度数字移相算法和基于相位翻转叠加的信号合成算法，实现了多个磁棒接收信号的精确对准和有效合成；针对接收信号的捕获与跟踪识别，提出了基于各编码周期独立判决的高灵敏自动搜索算法和基于首脉冲推算的高灵敏相位跟踪算法，并改进了长波信号的周期识别算法，提高了接收信号搜索的成功率，跟踪的精度以及识别的准确性，降低了接收机对信号信噪比的要求；针对全向接收信号的定位，详细推导了双台链双曲线定位和非时基圆圆定位算法，并充分双台链双曲线定位算法的优越性。项目最终根据上述研究成果，研制了一套水下长波信号接收试验系统，该系统实现了基于磁天线的水下长波信号接收、前端处理、数字采样、FPGA数字处理、数模信号转换。.仿真分析和试验测试结果表明，项目所设计与提出的方法及算法具有较强适用性，研究成果应用到了所研制的基于磁天线的水下长波信号接收试验系统各个环节，对深化长波导航技术研究，推进水下接收长波信号进行水下导航应用有重要参考意义。