[發明專利]基于頻域最小二乘法的水聲脈沖信號匹配場定位方法

有效

• 申請號: 201210589738.7
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103048642A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 李焜;方世良;安良;羅昕煒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及針對水聲信號處理技術領域的水下目標定位方法，具體來說，涉及一種基于頻域最小二乘法的水聲脈沖信號匹配場的定位方法。

背景技術

水聲定位技術在水聲技術中扮演著極其重要的角色，是水聲技術中的一個重要且基本的問題，同時也是國民經濟建設和國防建設的關鍵技術。在水聲定位技術中，被動定位技術一直是水聲技術中的重要研究方向。現階段對于水下被動定位技術目前多圍繞艦船輻射噪聲而展開工作，很少有針對各種水聲脈沖信號在發射信號未知方式下的被動定位。對于水聲脈沖信號而言，其信號形式不同于艦船輻射的噪聲，它是由人工所產生的，有比較規則的信號形式，同時在時間上具有不連續性、瞬時性，在帶寬上具有窄帶特性，不能通過長時間的積分來獲得時間增益，這就造成了對于水聲脈沖信號的被動定位需要尋求與傳統的艦船輻射噪聲所不同的方式和手段。

考慮到水聲環境的復雜性，為了能夠更準確地對水下目標實施定位，需要從聲傳播的角度出發，借助匹配場定位技術來確定目標聲源的位置。傳統意義上的匹配場定位技術，一般多采用陣列的處理方式，具有大的孔徑，以獲得良好的陣增益和分辨性能。但是采用多陣元的大陣列，一方面增加了系統的開銷，給基陣的設計帶來不便；另一方面，在實際海水中布放時會受到諸如陣傾斜以及陣元失效等問題，增加了對水下目標定位的難度。因此，研究采用較少的陣元個數來對水下目標進行定位一直被研究人員所關注，相應的也取得了一些突破和進展。

使用較少的陣元個數進行目標位置估計的一個難點在于空間信息的缺乏。多數研究人員借助寬帶信號的多頻點特性，從假設發射信號為已知的情形出發，采用“頻點換孔徑”的思想來對目標信號實施定位。但在被動定位技術中，由于所獲得的發射信號的先驗信息有限，往往需要在發射信號未知的情形下進行，從而進一步增加了定位的難度。另外，傳統匹配場處理技術當陣元個數變少時，其定位結果輸出的模糊表面旁瓣較高，無法對目標進行精確定位，也成為了困擾此項技術的一個瓶頸。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于頻域最小二乘法的水聲脈沖信號匹配場的定位方法，該定位方法可在發射信號先驗信息不足情況下仍可實現水聲脈沖信號的定位，并克服傳統多傳感器陣列處理方式下所帶來的諸多問題。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的一種基于頻域最小二乘法的水聲脈沖信號匹配場的定位方法，該定位方法包括以下步驟：

步驟10)對雙陣元水聽器采用聲場傳播模型測算聲場，包括如下的步驟：

步驟101)確定聲源的搜索范圍：在觀測范圍內，對觀測范圍進行網格點劃分，獲得網格區域(R，Z)，其中，R表示搜索網格區域上的距離范圍，Z表示搜索網格區域上的深度范圍；

步驟102)對步驟101)所劃分的網格區域(R，Z)，使用Kraken聲場傳播模型，將海洋環境參數作為聲場傳播模型的輸入值，通過聲場傳播模型測算，得到各網格區域上的聲源在每個水聽器上激勵所產生的信道脈沖響應H_j(ω_i)，j＝1、2；其中，ω_i表示水聲脈沖信號頻帶范圍內的各頻率點，i＝1、2、…、L，L表示水聲脈沖信號頻帶內的頻點總數；

步驟20)根據雙陣元水聽器接收到的水聲脈沖信號和聲場傳播模型測算的信道脈沖響應H_j(ω_i)，對目標實施匹配場定位，包括如下步驟：

步驟201)將聲傳播模型測算的信道脈沖響應H_j(ω_i)以式(1)形式進行排列：