[發明專利]一種水下目標三維定位方法

有效

• 申請號: 201210098315.5
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102636785A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 梁國龍;林旺生;范展;王燕;付進;張光普;王逸林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種水聲定位方法，具體涉及一種水下目標三維坐標定位的方法。

背景技術

水聲定位系統主要指的是可以用于局部區域精確定位導航的系統。大多數的水聲定位系統，都是在某一參照系內通過測距或測向確定航行器或目標的位置。

短基線定位系統通常是在船底或平臺舷側布置3個以上的基元構成基線陣，通過測量聲波在目標與各個基元之間的傳播時間差來解算目標的方位和距離，進而推算出目標的坐標。為了獲取測量陣的位置和姿態，短基線定位系統需要配有垂直參考單元、羅經和參考坐標系統。其優點是：系統組成簡單而便于操作；測距精度高。短基線定位系統的缺點是：需要在船底安裝3個以上接收陣元且需要良好的幾何圖形，接收陣需要精確的校準；定位精度工作距離關系較大，工作距離越遠精度越差。

短基線定位系統通常采用的工作方式主要有應答器式或同步信標式。

應答式工作方式，基元向水下應答器發送詢問信號，水下應答器接收到詢問信號后，以另外一頻率發回應答信號。應答器在收到詢問信號后開始計時，短基線接收基元則由應答信號到達時刻減去二分之一“詢問應答”時間，并計算其絕對距離，進而得出水下應答器相對于基陣的坐標。應答器工作方式要求在應答器和測量船上都安裝詢問(應答)發射機和接收機。

信標式工作方式要求在待測目標和與基陣基元上都安裝高精度同步時鐘系統，信標按同步時刻定時發射信號，經基陣基元測時裝置測出信號從發射到接收所經歷的時間，計算其距離，以確定出聲源(目標)相對于接收基陣的空間位置。信標式工作方式要求基元之間完全時刻同步，而根據聲源時鐘和基元接收機的時鐘是否完全同步又可分為同步和異步兩種，同步方式采用球交匯模型，異步方式采用雙曲交匯模型求得定位解。與應答式系統相比，信標式系統在設備上比較簡單，但對時鐘的要求比較高。

公開號為CN?101846738B的專利文件中，提供了一種利用海面反射聲進行測深的方法，其適用的條件是目標水平距離已知，通過被動測量目標噪聲實現。

發明內容

本發明的目的在于提出一種能確保在直達聲缺失或漏報的情況下仍能進行準確定位的水下目標三維定位方法。

本發明的目的是這樣實現的：

1、采用3個以上陣元組成具有空間尺度的分布式陣列，接收水下目標發射脈沖信號，對各陣元經預處理得到的脈沖序列進行聯合處理，首先剔除干擾脈沖；第i、j號陣元接收脈沖時延分別為t_i、t_j，陣元直線距離為L_ij，聲速為c，則不滿足不等式c·|t_i-t_j|＜L_ij的兩個脈沖中必有一個為干擾脈沖，對兩兩陣元間脈沖時延進行比較，剔除干擾脈沖；

2、直達聲、海面或海底反射聲辨識，主要實現步驟為：

(2.1)依據脈沖時延、幅度、脈寬、頻率、頻率方差信息選擇最可能的直達聲脈沖以及相應陣元，設定第i號陣元k號脈沖為參考基準，脈沖時延值為t_ik，為剩余的第j號陣元設定時延窗T_ij＝L_ij/c，其中第i、j號陣元陣元直線距離為L_ij，聲速為c，從時間窗內挑選出第j號陣元直達聲，記錄直達聲時延值，并評定各個直達脈沖的有效因子；

(2.2)將各陣元直達脈沖置為無效值，不參與海面或海底一次反射聲的挑選；依據脈沖時延、幅度、脈寬、頻率、頻率方差信息選擇最可能的海面或海底反射聲以及相應陣元，設定第i號陣元k號反射聲脈沖為參考基準，脈沖時延值為t_ik，為剩余的第j號陣元設定時延窗T_ij＝L_ij/c，其中第i、j號陣元陣元直線距離為L_ij，聲速為c，從時間窗內挑選出第j號陣元反射聲，記錄反射聲時延值，并評定各個直達脈沖、反射脈沖的有效因子；

3、辨識出3以上陣元接收直達聲脈沖的情況下，選擇有效因子最高的三個基元，進行球交匯得三維坐標；

4、辨識出直達聲脈沖不足3陣元的情況下，按照以下方法進行目標定位：