[發明專利]一種適用于單水聽器的深水信標搜索定位方法

有效

• 申請號: 201410742938.0
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN105738869B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 劉佳;許楓;楊娟;安旭東
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,呂愛霞

技術領域

本發明涉及水下信標搜索定位技術，特別涉及一種適用于單水聽器的深水信標搜索定位方法。

背景技術

近年來，隨著世界民用航空規模的日益增長，民航飛機的空難事故頻次不斷增多。為調查空難原因，空難后搜尋、打撈記錄著重要航行數據和語音信息的“黑匣子”是一項極其關鍵工作。飛機在海上失事后，“黑匣子”配置的水聲信標遇水會自動開啟，不斷發射固定間隔的脈沖信號，水聲信標啟動后可連續工作30天，之后聲源級會不斷降低最終不能發聲。如何利用信標信號在有效期內快速搜尋定位“黑匣子”，是搜救任務的重要內容。

為提高探測效率，需要采用深拖技術使接收換能器穿過躍變層，盡量的接近海底以提高探測距離。常規的水下信標定位技術(包括基于長基線定位、短基線定位以及超短基線定位)，由于需要輔助姿態測量設備在這種條件下并不適用。此外，基于矢量傳感器的矢量定位技術需要定點測量，搜索效率低下；基于陣列指向性的純方位式交匯技術，由于指向性的影響搜索面積小，影響探測效率。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的水下信標定位技術搜索效率低、搜索面積小等缺陷，從而提供一種利用單個無指向性水聽器實現深水條件下的水下信標搜索定位的方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種適用于單水聽器的深水信標搜索定位方法，該方法采用單基元水聽器接收水下信標發出的信號；該方法包括：

步驟1)、計算接收點由A₁運動到A₂的時間段內，信標回波信號的脈沖間隔的變化量這一時間段內的聲傳播距離；其中，A₁、A₂為帶有接收換能器的航行器的一條航跡中的任意兩個點；

步驟2)、計算接收點由A₁運動到A₃的時間段內，信標回波信號的脈沖間隔的變化量這一時間段內的聲傳播距離；其中，A₃為帶有接收換能器的航行器的一條航跡中的不同于A₁、A₂的其他任意一個點；

步驟3)、結合步驟1)和步驟2)的計算結果，計算水下信標的位置。

上述技術方案中，所述步驟1)進一步包括：

步驟1-1)、記錄接收點由A₁運動到A₂的總耗時，記為t_s；

步驟1-2)、記錄接收點由A₁運動到A₂的時間段內，持續接收到信標回波的個數n，進一步計算接收到的信標回波的脈沖間隔T′為：T′＝t_s/n；

步驟1-3)、計算接收點由A₁運動到A₂的時間段內，信標回波信號的脈沖間隔的變化量Δt₁₂：Δt₁₂＝T′-T；其中，T為聲信標發射信號的脈沖間隔，該值為已知量；

步驟1-4)、計算接收點由A₁運動到A₂的時間段內，信標回波信號的脈沖間隔的變化量Δt₁₂這一時間段內的聲傳播距離Δt₁₂c；其中，c表示信標回波信號在水中的傳播速度。

上述技術方案中，所述步驟3)進一步包括：

步驟3-1)、根據幾何原理，時間差Δt₁₂內聲傳播的距離為信標到兩個接收點A₁A₂的距離差，滿足如下方程：

其中，該公式中x₁、y₁為A₁的橫、縱坐標；x₂、y₂為A₂的橫、縱坐標；

步驟3-2)、時間差Δt₁₃內聲傳播的距離為信標到兩個接收點A₁A₃的距離差，滿足如下方程：

其中，Δt₁₃為由A₁運動到A₃的時間段內，信標回波信號的脈沖間隔的變化量，x₃、y₃為A₃的橫、縱坐標；

步驟3-3)、聯立步驟3-1)與步驟3-2)所得到的兩個方程，計算出水下信標的位置(x,y)。

本發明的優點在于：