[發(fā)明專利]一種三元矢量陣被動(dòng)測距方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610728409.4
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN107783135B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑習(xí)中;陳新華;鄭海波;李媛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01S15/08
• 分類號(hào): G01S15/08
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;陳琳琳

本發(fā)明公開了一種三元矢量陣被動(dòng)測距方法，所述方法包括：對三個(gè)矢量水聽器：H1、H2和H3輸出的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，然后選取兩個(gè)矢量水聽器，根據(jù)兩個(gè)陣元輸出的聲壓通道時(shí)域?yàn)V波輸出計(jì)算時(shí)延估計(jì)，從而估計(jì)目標(biāo)方位θ_P；根據(jù)目標(biāo)方位θ_P完成矢量陣合成，輸出每個(gè)矢量組合，從而計(jì)算H1和H2及H1和H3的互相關(guān)輸出；對互相關(guān)輸出進(jìn)行濾波；將頻帶進(jìn)行劃分，對各頻帶的濾波后的互相關(guān)輸出進(jìn)行融合；根據(jù)融合結(jié)果，計(jì)算時(shí)延估計(jì)，完成目標(biāo)的方位和距離估計(jì)。本發(fā)明的方法能夠更加充分應(yīng)用聲場信息，提高時(shí)延估計(jì)精度，從而最終提高被動(dòng)測距的精度；而且本發(fā)明的方法運(yùn)算量少，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水聲信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種三元矢量陣被動(dòng)測距方法，該方法能夠改進(jìn)被動(dòng)測距的精度。

背景技術(shù)

目前發(fā)展起來的被動(dòng)測距聲納主要有3種類型：三元陣測距，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析(TMA)和匹配場處理(MFP)。

目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析(TMA)是目前技術(shù)上較為成熟的一種遠(yuǎn)程測距方法，常用的是純方位TMA，要求較高的方位測量精度和精確已知的本艇航跡。在實(shí)際中，獲取本艇的機(jī)動(dòng)行為不一定是方便的，因?yàn)樗锌赡鼙┞蹲陨恚袝r(shí)甚至是不被允許的，這與被動(dòng)定位的目的是相矛盾的。解決這一矛盾的方法是增加新的觀測量，如頻率、到達(dá)時(shí)間和時(shí)延等。研究顯示，這些方法在觀測數(shù)據(jù)較少時(shí)，距離的估計(jì)誤差較大；當(dāng)觀測的數(shù)據(jù)窗增大，距離的估計(jì)質(zhì)量明顯提高，即適用于觀測時(shí)間較長的場合。

匹配場處理(MFP)，該方法充分利用了聲源、信道和環(huán)境等一切可利用的信息資源，其基本原理是：采集水聽器測得的聲場數(shù)據(jù)，選擇一個(gè)有關(guān)輸入?yún)?shù)(如聲速)已知的傳播模型，利用這一模型對選定的不同侯選距離和深度計(jì)算聲源所產(chǎn)生的相應(yīng)聲場，之后使測量場與拷貝場有效地互相關(guān)，呈現(xiàn)最大相關(guān)的侯選距離和深度，就是該聲源的距離和深度。目前MFP還處于研究階段,測距性能對海深、聲速剖面、海底聲學(xué)參數(shù)及水聽器深度極為敏感，對海洋聲學(xué)環(huán)境參數(shù)的預(yù)估精度要求很高，仍有一些技術(shù)尚待攻克。

三元陣測距法，它利用球面波或柱面波的波陣面曲率的變化，通過測量各陣元的相對時(shí)延，估計(jì)目標(biāo)的距離和方位，測距精度與時(shí)延估計(jì)精度、目標(biāo)距離、方位、基陣孔徑、基陣安裝精度等因素有關(guān)，其中時(shí)延測量精度是關(guān)鍵。隨著距離的接近，波陣面曲率的變化越來越大，時(shí)延的測量精度即測距的精度也越來越高，容易實(shí)現(xiàn)對近程快速目標(biāo)的高精度跟蹤，這對提高近身作戰(zhàn)能力具有重要義。

眾所周知，聲波兼有標(biāo)量場和矢量場，傳統(tǒng)的聲壓水聽器僅利用了其聲壓信息(標(biāo)量場)。矢量水聽器，又稱組合傳感器，由傳統(tǒng)的無指向性聲壓水聽器和具有與頻率無關(guān)的偶極子自然指向性的質(zhì)點(diǎn)振速水聽器組合而成，它可以空間共點(diǎn)、時(shí)間同步測量聲場中的聲壓(標(biāo)量場)和振速(矢量場)信息。而更多的信息量必然帶來更好的信號(hào)處理效果。

三元陣被動(dòng)測距法對時(shí)延測量精度要求非常高，而時(shí)延估計(jì)精度和信噪比關(guān)系非常大。傳統(tǒng)的三元陣只使用聲場的聲壓信息，導(dǎo)致時(shí)延測量精度不高，從而影響測距精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服目前三元陣被動(dòng)測距方法中只使用聲場的聲壓信息導(dǎo)致的上述問題，提出了一種三元矢量陣被動(dòng)測距方法，該方法充分利用聲場的振速信息，提高時(shí)延估計(jì)輸入信號(hào)的信噪比，提高了時(shí)延估計(jì)的精度，從而提高了測距精度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三元矢量陣被動(dòng)測距方法，所述方法包括：對三個(gè)矢量水聽器：H1、H2和H3輸出的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，然后選取兩個(gè)矢量水聽器，根據(jù)兩個(gè)陣元輸出的聲壓通道時(shí)域?yàn)V波輸出計(jì)算時(shí)延估計(jì)，從而估計(jì)目標(biāo)方位θ_P；根據(jù)目標(biāo)方位θ_P完成矢量陣合成，輸出每個(gè)矢量組合，從而計(jì)算H1和H2及H1和H3的互相關(guān)輸出；對互相關(guān)輸出進(jìn)行濾波；將頻帶進(jìn)行劃分，對各頻帶的濾波后的互相關(guān)輸出進(jìn)行融合；根據(jù)融合結(jié)果，計(jì)算時(shí)延估計(jì)，完成目標(biāo)的方位和距離估計(jì)。

上述技術(shù)方案中，所述方法具體包括：