[發明專利]一種水下目標被動定位的系統和方法

無效

• 申請號: 200810166809.6
• 申請日: 2008-09-25
• 公開（公告）號: CN101470196A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發明（設計）人: 王彪;李宇;黃海寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S15/06
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 勇

技術領域

本發明涉及聲納信號處理技術領域，更具體地，本發明涉及一種水下目標 被動定位的系統和方法。

背景技術

水下目標被動定位是聲納信號處理的重要研究課題，其利用目標本身輻射 的信號對目標方位進行估計，定位系統不需要發出任何信號，具有相當強的隱 蔽性。傳統的水下目標被動定位系統基于水聽器陣列，依據測量基元接收到的 相關信號在空間或時間上的某種分布特性來完成目標的被動定位，采用陣列信 號處理方法，例如到達時延差(TDOA)和方位估計值(DOA)的估計，得到目標 距測量中心的距離或與測量中心的角度信息，采用基于幾何原理的方法獲得目 標的被動定位，測量系統可為艦船的拖曳線列陣，或懸掛于聲納浮標的垂直陣， 所使用的單站觀測所不能直觀地反映目標與測量中心或參考中心的坐標關系； 該定位系統被動目標定位的計算復雜度大，定位精度主要取決于陣元孔徑而致 使基陣尺度難于控制，增加孔徑導致定位系統龐大難于快速實施。該定位方法 受到陣元孔徑、不同陣元接收信號相關特性等限制，當為了增加定位精度而增 大孔徑時，基陣尺度難于測量，形狀不容易控制，且各陣元接收到的信號相關 性減小，影響了定位的精度增加了處理的復雜性，并且定位方法存在難于相交， 定位誤差大，監測區域有限且存在定位盲區的不足之處。

發明內容

為克服現有水下目標定位中計算復雜、精度差的缺陷，本發明提出了一種 水下目標被動定位的系統和方法。

根據本發明的一個方面，提出了一種水下目標被動定位的系統，包括：

多個水下傳感器設備，用于采集水下目標的噪聲信號，發送所述噪聲信號 的能量信息；

三個或者多個浮標設備，分別與所述一個或者多個傳感器設備相通信，將 所述能量信息轉發給中心處理設備，并且所述浮標設備充當系統的錨點；

和中心處理設備，與所述多個浮標設備相通信，用于根據所接收的所述能 量信息和所述錨點的位置信息獲取水下目標的方位。

其中，所述多個水下傳感器設備與多個浮標設備的通信采用聲無線通信或 者有線通信，多個浮標設備與中心處理設備的通信可以采用無線電通信或者有 線通信。

其中，所述水下傳感器設備通過所述錨點的位置信息和自身與錨點的方位 關系獲取自身的位置信息；或者所述錨點通過其位置信息和所述水下傳感器設 備與自身所處水下網絡拓撲關系獲取所述水下傳感器設備的位置信息。

其中，所述一個或者多個水下傳感器設備與一個或者多個浮標設備的位置 可以隨機布置，也可以按照諸如方形或菱形的拓撲結構布置。

其中，所述水下傳感器設備包括：

傳感器模塊，用于采集、整理目標噪聲及水下環境信息的數據；

處理模塊，用于將所述傳感器模塊采集的數據進行能量估計運算，并分析 估計的方差；

通信模塊，用于實現水下傳感器設備之間的聲載波無線鏈接，進行信息的 傳遞。

其中，所述浮標設備通過其上安裝的GPS裝置完成自身定位，充當系統中 的錨節點。

根據本發明的另一方面，提出了一種使用上述任何系統的水下目標被動定 位方法，包括：

步驟10)、所述傳感器設備接收并測量水下目標噪聲信號，根據水下聲波 傳輸原理建立的噪聲信號能量傳播模型獲取所述噪聲信號的能量信息；

步驟20)、所述浮標設備接收所述能量信息，并獲取所述傳感器設備的位 置信息；

步驟30)、所述中心處理設備接收所述能量信息和所述傳感器設備的位置 信息，采用最大似然法，估計目標的方位信息。

其中，步驟10)還包括所述系統中的所述傳感器設備、所述浮標設備以及所 述中心處理設備之間的同步。