[發(fā)明專(zhuān)利]拖曳線列陣被動(dòng)測(cè)距方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010235007.3
• 申請(qǐng)日: 2010-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101915922A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 惠娟;趙安邦;惠俊英;溫韶娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S15/08
• 分類(lèi)號(hào): G01S15/08;G01S15/58
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種探測(cè)方法，具體地說(shuō)是一種高精確被動(dòng)測(cè)距的方法。

背景技術(shù)

拖曳線列陣是一種拖曳在水面船舶后面的大孔徑線列陣，它具有低頻，大孔徑，受本地干擾小，不受船舶結(jié)構(gòu)限制等優(yōu)點(diǎn)。但因拖曳線列陣的聲學(xué)段是柔性的，可能存在陣型畸變，對(duì)測(cè)距性能會(huì)有所影響。傳統(tǒng)的三元陣被動(dòng)測(cè)距和匹配場(chǎng)被動(dòng)測(cè)距因要求陣元位置精確已知，故均不適合應(yīng)用于拖曳陣聲吶，故此類(lèi)聲吶迄今仍無(wú)技術(shù)使它們具有高精度被動(dòng)測(cè)距功能。一種適合拖曳線列陣聲納被動(dòng)測(cè)距的穩(wěn)健的定位算法有待于研究。

波導(dǎo)不變量β是由莫斯科大學(xué)的Chuprov教授提出的，被用來(lái)描述低頻聲場(chǎng)的干涉結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)不變量不需要知道海洋的先驗(yàn)知識(shí)，就可以描述環(huán)境的影響。目前美國(guó)海軍研究所及Scrip實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研究“基于信道不變量的引導(dǎo)聲源垂直陣被動(dòng)測(cè)距”(見(jiàn)文獻(xiàn)[1]：Aaron?M.Thode.Source?ranging?with?minimal?environmental?information?using?a?virtual?receiver?and?waveguide?invariant?theory[J].J.Acoust.Soc.Am，2000，108(4)：1582-1594.)和“基于擴(kuò)展函數(shù)的單聲壓水聽(tīng)器被動(dòng)測(cè)距”(見(jiàn)文獻(xiàn)[2]：Kevin?L.Cockrell，Henrik?Schmidt.Robust?passive?range?estimation?using?the?waveguide?invariant[J].J.Acoust.Soc.Am，2010，127(5)：2780-2789)兩種方法。中國(guó)科學(xué)學(xué)院聲學(xué)所在南海進(jìn)行了引導(dǎo)聲源垂直陣被動(dòng)測(cè)距的海試(文獻(xiàn)[3]：鹿力成.海底變化環(huán)境下目標(biāo)距離定位[J].水聲及物理聲學(xué)，2007，26(4)：65-68)。中國(guó)海洋大學(xué)在驗(yàn)證了該方法的可行性之后，發(fā)展了“引導(dǎo)聲源水平陣被動(dòng)測(cè)距技術(shù)”，采用水平陣而不是垂直陣，這是一個(gè)進(jìn)步，因?yàn)樗疥嚤粍?dòng)測(cè)距更適合應(yīng)用(文獻(xiàn)[4]：趙振東，高大治，王好忠，王寧.波導(dǎo)不變量在目標(biāo)測(cè)距中的應(yīng)用[J].聲學(xué)技術(shù)，2009，28(2)：45-46)。一種基于信道不變量原理的水平陣信號(hào)處理研究有更廣闊的應(yīng)用前景。

如果有一種基于拖曳線列陣，結(jié)合波導(dǎo)不變量進(jìn)行被動(dòng)測(cè)距的技術(shù)，這種技術(shù)不僅能推動(dòng)水聲對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展，而且在岸站、和海洋研究中，尤其在聲學(xué)海上測(cè)量研究中均會(huì)有重要應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、穩(wěn)健的拖曳線列陣被動(dòng)測(cè)距方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

(1)分別對(duì)拖曳線列陣的兩個(gè)分裂陣接收的信號(hào)作短時(shí)傅里葉變換(STFT)得到分裂陣的LOFAR圖，再分別進(jìn)行方位估計(jì)可以得到兩幅瀑布圖；

(2)對(duì)兩幅瀑布圖中任意一幅瀑布圖做Radon變換或Hough變換得到目標(biāo)的航向角，目標(biāo)到兩分裂陣聲中心的聲程差為等效陣元間距與航向角的余弦的乘積；

(3)對(duì)兩LOFAR圖作圖像相關(guān)得到目標(biāo)通過(guò)兩分裂陣聲中心的時(shí)延，從而得到目標(biāo)航速v；

(4)在兩LOFAR圖上提取對(duì)應(yīng)干涉條紋的最近通過(guò)時(shí)刻，取它們的平均作為目標(biāo)相對(duì)原點(diǎn)的最近通過(guò)時(shí)刻t₀；

(5)利用Radon變換或Hough變換對(duì)分裂陣的LOFAR圖進(jìn)行圖像處理，在變換域提取目標(biāo)相對(duì)兩分列陣聲中心的最近通過(guò)距離與目標(biāo)航速的比值，進(jìn)而得到目標(biāo)相對(duì)兩分裂陣聲中心的最近通過(guò)距離，取平均得到目標(biāo)相對(duì)于原點(diǎn)最近距離r₀；

(6)根據(jù)目標(biāo)距離r的計(jì)算公式t為運(yùn)動(dòng)時(shí)間，可以測(cè)得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離。

本發(fā)明提供了一種穩(wěn)健的基于拖曳線列陣被動(dòng)測(cè)距的技術(shù)，采用Radon變換或Hough變換對(duì)LOFAR圖和瀑布圖進(jìn)行圖像處理，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)速度和距離的測(cè)量，對(duì)目標(biāo)識(shí)別和水聲對(duì)抗均有重要的意義。

本發(fā)明不需要精細(xì)的海洋參數(shù)，允許陣型有寬容的偏差，利用分裂陣就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的被動(dòng)測(cè)距，這種技術(shù)不僅可以用于分裂成雙陣的拖曳陣，也可以用于舷側(cè)陣等其他水平陣上。在實(shí)際應(yīng)用中它的探測(cè)距離遠(yuǎn)，使用場(chǎng)合多，即可以用于岸站，也可用于水面船或水下平臺(tái)。對(duì)海岸預(yù)警系統(tǒng)，水聲對(duì)抗等方面均有重要應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是拖曳線列陣被動(dòng)測(cè)距框圖；

圖2是拖曳線列陣在海中布放圖；

圖3是目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：