[發(fā)明專利]基于空氣中聲傳感器陣列的水下低頻聲源定位方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910033587.5
• 申請(qǐng)日: 2009-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101592728A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶建成;邱小軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/18
• 分類號(hào): G01S5/18;G01S5/20;G01S11/14
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1.一種定位水下聲源的方法，其特征在于它包括以下步驟：

①在空氣中任一水平面內(nèi)布放兩個(gè)聲傳感器陣列，在頻域測(cè)量聲壓的幅度；

②通過(guò)估計(jì)該水平面內(nèi)聲源豎直投影位置到兩個(gè)傳感器陣列中心的波達(dá)方向確定聲源投影的位置；

③任意選取一個(gè)陣列，根據(jù)其中任意兩個(gè)傳感器測(cè)得的聲壓差，獲得水下聲源的估計(jì)深度；針對(duì)該陣列，通過(guò)比較聲源位于各個(gè)估計(jì)深度時(shí)傳感器間聲壓差的平均偏差，確定聲源的深度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在空氣中任意一個(gè)水平面內(nèi)布放兩個(gè)圓形傳感器陣列，每個(gè)陣列由大于2的偶數(shù)個(gè)傳感器組成，傳感器均勻布放在以陣列中心為圓心的圓弧上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于估計(jì)聲源豎直投影位置時(shí)計(jì)算

Ji(θ)=pi(θ)max(pi)×pi(θ)-pi(θ+π)max(pi-piπ)]]>

其中，i為陣列序號(hào)，i＝1，2，以第i個(gè)陣列中心為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系中，方位角為θ處的聲傳感器測(cè)得聲壓的頻域幅度為p_i(θ)，方位角為θ+π處的傳感器測(cè)得聲壓的頻域幅度為p_i(θ+π)，以p_i(θ)為元素組成的序列記錄為p_i，序列中θ為自變量，取值數(shù)目為陣列中傳感器的個(gè)數(shù)，類似地，以p_i(θ+π)為元素組成的序列為π為180°，max()表示對(duì)參數(shù)求最大值，J_i(θ)組成的序列J_i中最大值對(duì)應(yīng)的方位角即為聲源投影到陣列中心的波達(dá)方向，由兩個(gè)陣列中心和對(duì)應(yīng)的波達(dá)方向估計(jì)值作兩條直線，如果兩條直線相交，交點(diǎn)就是水平面內(nèi)聲源投影的位置；若兩條直線平行，則需要在同一水平面內(nèi)現(xiàn)有兩個(gè)陣列中心連線以外，任意選取一點(diǎn)作為中心，重新布置圓形傳感器陣列估計(jì)波達(dá)方向，由陣列中心和波達(dá)方向作出兩條相交的直線，得到水平面內(nèi)聲源投影的位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于估計(jì)聲源深度時(shí)以聲源在水面投影為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，任意選取某一個(gè)包含s+1個(gè)傳感器的圓形陣列，s為大于1的任意奇數(shù)；選擇其中任意兩個(gè)位于(x₀，y₀，z)和(x₁，y₁，z)的傳感器，測(cè)得的聲壓頻域幅度為p₀和p₁，計(jì)算聲壓差值Δp＝20log₁₀(|p₀/p₁|)；在聲源頻率f、水和空氣的密度比m、水和空氣中的聲速c₁和c₂已知的條件下，利用公式，

Δp′=20log10[∫∫ej(q1x0+q2y0)1μ1Wej(μ2z-μ1z0)dq1dq2∫∫ej(q1x1+q2y1)1μ1Wej(μ2z-μ1z0)dq1dq2]]]>

計(jì)算出聲壓差值Δp′隨聲源深度z₀的變化曲線，其中q₁、q₂為積分變量，聲透射系數(shù)W＝2mμ₁/(mμ₁+μ₂)，μ₁和μ₂為水和空氣中豎直方向的波數(shù)分量，k_i＝2πf/c_i，i＝1，2，在Δp′的變化曲線中搜索Δp′＝Δp時(shí)對(duì)應(yīng)的z₀，確定水下聲源可能的深度上標(biāo)^N為正整數(shù)；針對(duì)每個(gè)可能深度計(jì)算陣列各傳感器測(cè)得聲壓與p₀的差值其中上標(biāo)m為小于N的正整數(shù)，n＝0，1，…，s，p₂，p₃，…p_s為陣列中其它位于(x₂，y₂，z)，(x₃，y₃，z)，…，(x_s-1，y_s-1，z)處的傳感器測(cè)得的聲壓頻域幅度，再次利用Δp′的計(jì)算公式，可以得到相應(yīng)聲壓差的理論值對(duì)每一個(gè)計(jì)算并記錄e(m)，

e(m)=1s+1Σn=1s+1(Δp0nm-Δp0n′m)2]]>m＝1，2，…，N

對(duì)所有m，e(m)最小值所對(duì)應(yīng)的深度即為水下聲源的深度。