[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

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910033587.5
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號: CN101592728A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶建成;邱小軍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: 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)布放兩個聲傳感器陣列，在頻域測量聲壓的幅度；

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

③任意選取一個陣列，根據(jù)其中任意兩個傳感器測得的聲壓差，獲得水下聲源的估計深度；針對該陣列，通過比較聲源位于各個估計深度時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水平面內(nèi)布放兩個圓形傳感器陣列，每個陣列由大于2的偶數(shù)個傳感器組成，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，其特征在于估計聲源豎直投影位置時計算

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

其中，i為陣列序號，i＝1，2，以第i個陣列中心為原點的極坐標(biāo)系中，方位角為θ處的聲傳感器測得聲壓的頻域幅度為p_i(θ)，方位角為θ+π處的傳感器測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()表示對參數(shù)求最大值，J_i(θ)組成的序列J_i中最大值對應(yīng)的方位角即為聲源投影到陣列中心的波達方向，由兩個陣列中心和對應(yīng)的波達方向估計值作兩條直線，如果兩條直線相交，交點就是水平面內(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)有兩個陣列中心連線以外，任意選取一點作為中心，重新布置圓形傳感器陣列估計波達方向，由陣列中心和波達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，其特征在于估計聲源深度時以聲源在水面投影為原點建立直角坐標(biāo)系，任意選取某一個包含s+1個傳感器的圓形陣列，s為大于1的任意奇數(shù)；選擇其中任意兩個位于(x₀，y₀，z)和(x₁，y₁，z)的傳感器，測得的聲壓頻域幅度為p₀和p₁，計算聲壓差值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時對應(yīng)的z₀，確定水下聲源可能的深度上標(biāo)^N為正整數(shù)；針對每個可能深度計算陣列各傳感器測得聲壓與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)處的傳感器測得的聲壓頻域幅度，再次利用Δp′的計算公式，可以得到相應(yīng)聲壓差的理論值對每一個計算并記錄e(m)，

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

對所有m，e(m)最小值所對應(yīng)的深度即為水下聲源的深度。