[發(fā)明專利]一種單矢量水聽器被動(dòng)定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210468673.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN102981146A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫大軍;蘭華林;呂云飛;師俊杰;梅繼丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/18
• 分類號(hào): G01S5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種水聲定位方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的水聲定位方法，主要有主動(dòng)和被動(dòng)兩大類。主動(dòng)定位方法需要借助于已知的信號(hào)波形，而被動(dòng)定位方法則主要借助于目標(biāo)噪聲。本發(fā)明屬于后者。常規(guī)的被動(dòng)定位方法需要借助于陣列在空間不同位置對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測距測向，對(duì)于低頻帶目標(biāo)通常需要較大的陣列孔徑。對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)手段而言，固定布放于海底的單個(gè)聲壓水聽器由于其無測距測向能力，因而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)非合作目標(biāo)的被動(dòng)定位。

矢量水聽器由于可以同步共點(diǎn)測量聲場的聲壓和振速信息，可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測向。根據(jù)測量海域的海深、聲速分布、密度、底質(zhì)聲速、底質(zhì)密度、層厚等水文條件，可以通過聲場計(jì)算對(duì)目標(biāo)進(jìn)行距離與速度比值的估計(jì)。通常情況下這些水文條件參數(shù)不易獲得，或者即便獲得也有較大的誤差和較低的可信度。

文獻(xiàn)“基于單矢量水聽器的水面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析”（聲學(xué)技術(shù)，2010.29(4):361-364）中給出了一種單矢量水聽器定位的方法，但是其利用了矢量水聽器所測的俯仰角信息，該方法僅在深海或者滿足自由場條件下適用。

文獻(xiàn)“基于干涉譜分析的單水聽器被動(dòng)定位技術(shù)研究”（哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006）從聲場的干涉特性出發(fā)利用單矢量水聽器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。文獻(xiàn)“時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡被動(dòng)定位技術(shù)研究”利用時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡方法給出單矢量水聽器的被動(dòng)定位方法。這兩篇文獻(xiàn)中公開的技術(shù)方案的共同特點(diǎn)是要求準(zhǔn)確知道作業(yè)海域的水文參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在海洋水文參數(shù)未知的條件下能夠?qū)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行被動(dòng)定位的單矢量水聽器被動(dòng)定位方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

（1）對(duì)聲壓信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅立葉變換，得到噪聲信號(hào)的時(shí)頻分布；

（2）提取強(qiáng)線譜信號(hào)的時(shí)間歷程，根據(jù)線譜頻率的時(shí)間歷程估計(jì)目標(biāo)最近通過時(shí)刻，根據(jù)線譜的多普勒頻偏估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度；

（3）利用單矢量水聽器接收的聲壓信號(hào)和水平振速信號(hào)對(duì)線譜相應(yīng)的目標(biāo)進(jìn)行測向，得到目標(biāo)通過測點(diǎn)過程的方位的時(shí)間歷程；

（4）根據(jù)目標(biāo)的方位時(shí)間歷程和運(yùn)動(dòng)速度估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

本發(fā)明適用于保持勻速直線運(yùn)動(dòng)且在矢量水聽器工作頻帶內(nèi)具有特征線譜的目標(biāo)，能夠估計(jì)出其運(yùn)動(dòng)速度。

是用本發(fā)明的矢量水聽器能夠連續(xù)測量目標(biāo)輻射的聲壓與振速信號(hào)并估計(jì)得到目標(biāo)的方位時(shí)間歷程。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于不需要已知海洋的水文參數(shù)，僅須連續(xù)測量聲壓與水平振速信息即可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)定位。本發(fā)明既適用于深海，也適用于淺海。

附圖說明

圖1是單矢量水聽器被動(dòng)定位的幾何配置示意圖。

圖2是最近通過距離一定時(shí)不同速度對(duì)應(yīng)的多普勒頻移時(shí)間歷程。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。

本發(fā)明中，圖1給出了單矢量水聽器被動(dòng)定位的幾何配置圖。單矢量水聽器1既可以坐底方式布放于海底，也可以錨泊方式布放于距海底一定深度的水中。目標(biāo)2以恒定的速度做直線運(yùn)動(dòng)。目標(biāo)2可以是船舶等水面目標(biāo)，也可以是水下作業(yè)機(jī)器人等水下目標(biāo)。

第一步，對(duì)聲壓信號(hào)p(t)進(jìn)行短時(shí)傅立葉變換，得到噪聲信號(hào)的時(shí)頻分布P(t,f)：

P(t,f)=∫-∞+∞p(t)g(t)e-j2πftdt---(1)]]>

其中數(shù)據(jù)窗函數(shù)g(t)定義為