[發(fā)明專利]一種基于寬帶信號(hào)時(shí)延檢測(cè)的超短基線水下目標(biāo)定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310551916.1
• 申請(qǐng)日: 2013-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN103777177B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王健培;竇如寬;程宏;陳克;朱學(xué)峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司七五○試驗(yàn)場(chǎng);中船重工（昆明）靈湖科技發(fā)展有限公司;中海油田服務(wù)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01S5/24
• 分類號(hào): G01S5/24
• 代理公司: 昆明今威專利商標(biāo)代理有限公司53115
• 代理人: 賽曉剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于寬帶信號(hào)時(shí)延檢測(cè)的超短基線水下目標(biāo)定位方法，特別適用于水下目標(biāo)(應(yīng)答器)的超短基線定位和參數(shù)水聲遙測(cè)。屬水下目標(biāo)定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超短基線（USBL）是一種水下定位技術(shù)，超短基線水下目標(biāo)定位系統(tǒng)由于其基陣尺寸小，便于安裝，而且設(shè)備成本相對(duì)較低，使用十分方便，已在海洋探測(cè)研究、海洋工程、海洋目前被普遍應(yīng)用于海洋石油勘探開發(fā)、海洋打撈等海洋生產(chǎn)開發(fā)方面廣泛的應(yīng)用。

上述傳統(tǒng)超短基線定位是采用相位檢測(cè)方法。工作時(shí)，通過母船的超短基線陣上的發(fā)射換能器向應(yīng)答器發(fā)射詢問信號(hào)，應(yīng)答器返回應(yīng)答信號(hào)，系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)(應(yīng)答器)的應(yīng)答時(shí)間測(cè)出水下目標(biāo)的距離，同時(shí)利用到達(dá)各陣元的應(yīng)答信號(hào)相位差測(cè)出目標(biāo)的方位，從而得到目標(biāo)的位置。但是為了抗相位測(cè)量模糊，超短基線陣的陣元間距d應(yīng)小于l/2(l為信號(hào)波長(zhǎng))，通常情況下該尺寸較小，而在如此小的基陣尺寸下難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的高精度定位。

為提高系統(tǒng)的定位精度，擴(kuò)大基陣尺寸是一常用方法。但在用相位檢測(cè)時(shí)，基陣尺寸受到相位測(cè)量模糊的限制，需設(shè)計(jì)改進(jìn)型的多陣元超短基線陣。而該短基線陣的加工和校準(zhǔn)難度較大，實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難，另外，由于多途影響效應(yīng)對(duì)單頻信號(hào)帶來相位起伏，直接影響定位精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不跳，發(fā)明一種寬帶超短基線水下目標(biāo)定位和信息遙測(cè)方法，它能實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)(應(yīng)答器)的高精度定位，而且可對(duì)應(yīng)答器姿態(tài)、深度、應(yīng)答器處水溫、應(yīng)答器電池電壓等工況信息進(jìn)行水聲遙測(cè)以及對(duì)應(yīng)答器聲源級(jí)進(jìn)行遙控。

本發(fā)明基于寬帶信號(hào)時(shí)延檢測(cè)的超短基線水下目標(biāo)定位方法是這樣完成的：目標(biāo)定位方法采用應(yīng)答模式進(jìn)行目標(biāo)定位，先平臺(tái)或船載設(shè)備發(fā)射詢問信號(hào)，布置于水下目標(biāo)上的應(yīng)答器進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)答，平臺(tái)或船載設(shè)備接收應(yīng)答信號(hào)，然后通過獲得的數(shù)據(jù)計(jì)解出水下應(yīng)答器位置。

所述的平臺(tái)或船載設(shè)備發(fā)射詢問信號(hào)是采用正負(fù)線性調(diào)頻(LFM)組合脈沖的形式，當(dāng)正線性調(diào)頻(LFM)脈沖在前，負(fù)線性調(diào)頻(LFM)脈沖在后時(shí)為對(duì)目標(biāo)1的詢問，當(dāng)負(fù)線性調(diào)頻(LFM)脈沖在前，正線性調(diào)頻(LFM)脈沖在后時(shí)為對(duì)目標(biāo)2的詢問。

所述的正負(fù)LFM信號(hào)脈沖不同的調(diào)制間隔產(chǎn)生不同類型的詢問信號(hào)；

當(dāng)兩脈沖之間的時(shí)間間隔T_k為：

T_k=T₀+k′D(k=0……6) 　　　　　　　　　(1)

式中：T_k完成不同模式的脈沖間隔調(diào)制，T₀為初始時(shí)間間隔，k代表7種不同的詢問模式，D為調(diào)制間隔；

1)k=0, 目標(biāo)1(2)定位詢問；

2)k=1, 目標(biāo)1(2)定位和姿態(tài)詢問；

3)k=2，目標(biāo)1(2)定位和深度詢問；

4)k=3, 目標(biāo)1(2)定位和溫度詢問；

5)k=4，目標(biāo)1(2)定位和電壓詢問；

6)k=5，目標(biāo)1(2)定位和聲源級(jí)增加；

7)k=6, 目標(biāo)1(2)定位和聲源級(jí)減小。

應(yīng)答器檢測(cè)到正負(fù)線性調(diào)頻信號(hào)的次序和正負(fù)線性調(diào)頻信號(hào)的之間的時(shí)間間隔，判斷詢問的目標(biāo)號(hào)、定位或遙測(cè)的具體內(nèi)容，結(jié)合測(cè)量的相關(guān)傳感器信息，調(diào)制發(fā)射相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，

具體應(yīng)答信號(hào)步驟是：脈沖Pw1為MFSK寬帶信號(hào)，對(duì)于目標(biāo)1，頻率編碼順序?yàn)閒_L、f_M和f_H，對(duì)于目標(biāo)2，頻率編碼順序?yàn)閒_H、f_M和f_L，脈沖Pw2和Pw3用以遙測(cè)信息的調(diào)制；

當(dāng)進(jìn)行目標(biāo)定位時(shí)，應(yīng)答器發(fā)射定位脈沖(MFSK脈沖)，超短基線陣接收到應(yīng)答信號(hào)后，通過平臺(tái)(或船載)電子設(shè)備完成相對(duì)兩個(gè)基元接收信號(hào)的檢測(cè)，經(jīng)過寬帶信號(hào)常規(guī)處理、相關(guān)峰值檢測(cè)、內(nèi)插擬合后，完成高精度時(shí)延檢測(cè)，

再按照公式(2)計(jì)算出目標(biāo)位置；

x=Rct_x/d(2)

y=Rct_y/d(2)

其中，R為基陣到應(yīng)答器的斜距，單位:m；d為基陣孔徑，單位：m；t_x和t_y 分別為應(yīng)答信號(hào)到達(dá)水平、垂直方向兩個(gè)基元的時(shí)差,單位：

s；R=（1/2）ct,c為水中聲速，單位：m/s；t為發(fā)射詢問信號(hào)到接收到應(yīng)答信號(hào)的延時(shí)，單位：s。