[發明專利]一種淺海目標實時被動測距方法

有效

• 申請號: 201110261563.2
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102981157A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 張曉亮;潘悅;王福釙;唐建生;江向東;王永剛;皇甫立
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業集團公司船舶系統工程部
• 主分類號: G01S11/14
• 分類號: G01S11/14
• 代理公司: 中國船舶專利中心 11026
• 代理人: 繆蕾

所屬技術領域

本發明涉及一種淺海目標的測距方法，屬于目標水聲測量技術領域。

背景技術

由于淺海聲場的復雜性及聲納陣列孔徑的限制，淺海被動定位技術一直是水聲學研究的難點之一。目標定位包括對目標的方位和距離的測定，根據測量節點的坐標及目標相對于測量節點的方位和距離，即可準確獲得目標的位置。對于被動聲納基陣而言，目標方位的測定較為容易，而目標距離的測定通常較為困難。因此測距是被動定位需要解決的關鍵問題。常用的目標被動定位方法包括基于幾何關系的定位方法、基于匹配場的定位方法和基于波導不變量的目標定位方法?；趲缀侮P系的定位方法通常假定目標輻射噪聲以球面波或柱面波擴展，根據幾何關系對目標進行定位。該方法在目標距離相對于基陣孔徑較小時可以得到較好的結果，但隨著目標距離變大定位效果逐漸惡化；基于匹配場的定位方法無需較大孔徑，但需要已知當前海洋環境，海洋環境隨溫度、鹽度、海底介質等變化而變化，因此通常需要首先測量海洋環境；利用波導不變量的被動定位方法也不需要較大的基陣孔徑，但需要已知當前海洋環境的波導不變量，波導不變量隨海洋環境的變化而變化。

淺海環境下由于海底、海面反射等原因，聲波在聲場中會產生干涉現象，某些頻率的聲波會相互疊加，某些頻率會相互抵消。不同位置處的干涉情況不同，因此接收陣收到的寬帶聲源輻射噪聲的頻譜隨接收點與聲源之間距離的變化而變化。將接收陣元收到的噪聲頻譜按照接收陣元與聲源之間距離排列后可以得到寬帶聲源輻射噪聲的距離-頻譜圖。理論和實驗結果表明寬帶聲源輻射噪聲距離一頻譜圖上干涉條紋的斜率與距離/頻率之積為一個常數，該常數被定義為波導不變量。

利用波導不變量進行目標被動測距無需大孔徑基陣，僅需已知波導不變量，使用較為方便，是當前水聲學的研究熱點之一。距離-頻譜圖中干涉條紋斜率已知，頻率已知，若波導不變量已知，則可以對目標進行測距。利用波導不變量進行目標被動測距需要兩個步驟，首先需要測量波導不變量，然后根據波導不變量進行目標測距。目前利用波導不變量原理進行目標測距的方法通常有兩種，一種是利用引導聲源，另一種是在假定目標做勻速直線運動情況下利用聲場干涉條紋隨時間的變化及目標的方位歷程圖共同測量。其中利用引導源的方法由于需要合作目標，因此難以實際使用；通過干涉條紋及方位歷程圖的測量方法由于需要的觀測時間較長，因此目標測距的實時性受到限制。

發明內容

針對淺海波導不變量測量方法存在的問題，本發明提出一種淺海目標實時被動測距方法，可以實時測量淺海聲場的波導不變量，進而實現實時目標被動測距，具體包括以下步驟：

步驟一，將拖曳式線列陣聲納按照陣元位置分成n個子陣，各子陣分別進行波束形成，測得拖船輻射噪聲；

步驟二，根據拖船輻射噪聲的頻譜及拖船到各子陣的距離r制作拖船輻射噪聲的距離-頻譜圖；

步驟三，根據波導不變量β的大致范圍，選擇其搜索范圍及步長，根據以下公式，通過改變C的取值獲得與該β值對應的一組搜索曲線，

f＝Cr^β

式中，f為拖船輻射噪聲的頻率；C為非負實數，其取值保證搜索曲線位于所述距離-頻譜圖中，

根據各條搜索曲線對應的拖船輻射噪聲距離-頻譜圖上最大幅度與最小幅度之差，將所有搜索曲線得到的最大幅度與最小幅度的差值求平均，得到幅差均值；

步驟四，選擇不同的β值，得到其對應的一組搜索曲線，重復步驟三的過程，求得該組搜索曲線對應的拖船輻射噪聲距離-頻譜圖上的幅差均值，將最小均值對應的β作為波導不變量；

步驟五，將拖船位置或第一個子陣位置作為參考點，利用拖曳式線列陣聲納各子陣分別測得目標輻射噪聲，根據目標方位及各子陣相對位置關系確定目標與子陣的相對距離r’，制作目標輻射噪聲的相對距離-頻譜圖；

步驟六，利用下列公式確定目標與參考點之間的實際距離r₀，

f′＝C(r₀+r′)^β

式中，f′為目標噪聲頻率，

根據目標距離的大致范圍，選擇其搜索范圍及步長，按照步驟三和步驟四的過程，搜索不同距離r₀值對應的目標輻射噪聲的相對距離-頻譜圖上最大幅度與最小幅度之差的均值，即幅差均值，將所獲得的最小均值對應的r₀作為目標與參考點之間的實際距離。