[發明專利]基于可靠聲路徑和目標多途回波的主動定位方法

有效

• 申請號: 201710387420.3
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107272003B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 劉雄厚;劉國鵬;孫超;蔣光禹
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06;G01S15/32;G01S15/88;G01S7/527
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

1.基于可靠聲路徑和目標多途回波的主動定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：利用聲場軟件進行離線仿真，包括以下子步驟：

子步驟一：由單個發射換能器和單個水聽器組成單基地聲納系統，該系統位于深海臨界深度下；發射換能器發出的線性調頻脈沖信號表示為：

其中，f為中心頻率，k為調頻斜率，τ₀為脈寬，T為發射周期；發射換能器以垂直開角發射線性調頻脈沖信號，開角下邊界處的聲線保證不與海底接觸；接收水聽器接收目標的多途回波信號，其中多途回波信號包含同時存在的四個經歷不同路徑到達接收水聽器的回波信號；定義發射換能器-目標-接收水聽器路徑為路徑1，定義發射換能器-目標-海面-接收水聽器為路徑2，定義發射換能器-海面-目標-接收水聽器為路徑3，定義發射換能器-海面-目標-海面-接收水聽器為路徑4；利用接收水聽器接收到的多途回波信號和以上四個路徑的回波信號的信息進行定位；

子步驟二：利用聲場軟件進行離線仿真：將需要觀測的距離-深度空間劃分網格；對位于網格中第i個水平距離第j個深度處的目標點(i,j)，利用射線模型離線計算經路徑n(n＝1,2,3,4)的回波信號的到達時延τ_n,i,j(n＝1,2,3,4)、幅度A_n,i,j(n＝1,2,3,4)和由海面反射引起的附加相位跳變構造仿真的路徑n的回波信號r_n,i,j(t)：

將四個路徑的仿真回波相加，得到目標在該網格點時仿真的目標多途回波用公式(1)對應的匹配濾波器對仿真的目標多途回波進行匹配濾波，并對得到的結果求取包絡，得到仿真的多途時域包絡R_i,j(τ)；將所有網格點進行上述運算，將得到的對應每個網格點的仿真目標多途回波信號的到達時延τ_n,i,j(n＝1,2,3,4))和仿真的多途時域包絡R_i,j(τ)進行存儲；

步驟二：對單個水聽器實際采集到的目標多途回波信號進行處理，提取多途時域包絡和多途時延信息；其中實際進行采集時，所使用的單基地聲納系統構成以及發射換能器發出的線性調頻脈沖信號表達公式與仿真中的單基地聲納系統構成以及發射換能器發出的線性調頻脈沖信號表達公式相同；

對單個水聽器采集到的目標多途回波信號進行帶通濾波，用公式(1)對應的匹配濾波器對帶通濾波輸出信號進行匹配濾波，對得到的結果求取包絡，得到多途時域包絡；該包絡包含三個尖峰，從三個尖峰中提取多途時延信息；其中第一個尖峰是經路徑1到達的回波處理后得到的波形，尖峰的極大值對應的時間為經該路徑到達的回波的時延；第二個尖峰是經路徑2和路徑3的回波同時到達接收水聽器、接收水聽器接收到的兩者疊加起來的波形進行上述處理后得到的波形，尖峰的極大值對應的時間為經上述兩路徑到達回波的時延；第三個尖峰是經路徑4到達的回波處理后得到的波形，尖峰的極大值對應的時間為經該路徑到達回波的時延；

步驟三：將步驟一中的仿真數據與步驟二中的實際采集數據進行匹配處理，獲得目標定位結果；其中方法一為將仿真得到的各個網格點對應的多途時域包絡與實際接收信號處理后求得的多途時域包絡一一做內積，結果作為匹配的輸出，輸出結果最大值對應的網格點被認為是目標所在位置；方法二為將仿真得到的各個網格點對應的多途回波時延值與實際接收信號的多途時延值相匹配，輸出結果最大值對應的網格點被認為是目標所在位置。

2.如權利要求1所述的基于可靠聲路徑和目標多途回波的主動定位方法，其特征在于，所述單個發射換能器和單個水聽器的排列方式為：以發射換能器為球心，單個水聽器位于半徑為200米的球體內某一點，該球體包括球面。

3.如權利要求1所述的基于可靠聲路徑和目標多途回波的主動定位方法，其特征在于，所述方法一為：將仿真得到的各個網格點對應的多途時域包絡與接收水聽器實際得到的多途時域包絡一一做內積，結果作為匹配的輸出，即

其中，P_i,j為第i個水平距離第j個深度處的對應網格點的匹配處理輸出，R_i,j(τ)為第i個水平距離第j個深度處的對應網格點的仿真包絡，R(τ)為實際信號求得的包絡；P_i,j中的最大值對應的網格點被認為是目標所在位置。