[發明專利]基于可靠聲路徑下目標回波到達時延和到達角度的主動定位方法

有效

• 申請號: 201710387446.8
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107272005B
• 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: G01S15/10
• 分類號: G01S15/10;G01S7/527;G01S7/539
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明涉及一種基于可靠聲路徑下目標回波到達時延和到達角度的主動定位方法，所提方法采用單個發射換能器和一個多元接收陣(兩者組成單基地聲納并位于臨界深度以下)，單個發射換能器發射脈沖信號并向上照射目標。接收陣采集目標的目標回波，并確定發射換能器?目標?接收陣路徑的回波到達時延和到達角度，利用離線計算得到的直達波到達時延和直達波到達角度與實際采集的直達波到達時延和直達波到達角度進行匹配處理，獲得目標定位結果。

技術領域

本發明屬于水聲信號處理領域。

背景技術

深?？煽柯暵窂?RAP:reliable acoustic path)是深海聲傳播的信道之一。RAP出現條件是接收器位于深海，且此處聲速大于海面附近聲速的最大值，即接收器位于臨界深度以下。所謂可靠聲路徑是指當聲源深度大于臨界深度時，聲傳播路徑不受近海面效應或海底相互作用的影響，因此與海面附近的海洋環境特性關系較小，傳播信號穩定可靠。

RAP為聲源定位提供了一個高信噪比環境。主要原因有兩個：(1)RAP是目標與水聲設備之間的直達路徑，因此它對海面散射和海底反射損失不敏感。RAP下的傳播損失(TL:transmission loss)比其他路徑(如表面反射路徑)下的傳播損失要小得多。(2)遠處噪聲源產生的噪聲難以到達臨界深度以下，使得RAP下的環境噪聲級低于深海中的平均環境噪聲級。(Rui D,Kun-De Y,Yuan-Liang M,et al.A reliable acoustic path:Physicalproperties and a source localization method[J].Chinese Physics B,2012,21(12):124301.)

由于RAP的低噪聲優點，利用其進行定位成為研究的熱點方向之一。目前，相關人員多研究在深海放置接收水聽器，利用RAP來被動探測位于海面或較淺處的目標。但是，當目標的輻射噪聲級較低時，利用RAP進行被動探測的方法面臨著接收信號級較弱的問題，導致探測性能下降。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對利用可靠聲路徑進行被動探測時的缺點，本發明提出一種利用可靠聲路徑使用目標回波時延及目標回波到達角度的主動定位方法。所提方法采用單個發射換能器和一個多元接收陣(兩者組成單基地聲納并位于臨界深度以下)，單個發射換能器發射脈沖信號并向上照射目標。接收陣采集目標的目標回波，并確定發射換能器-目標-接收陣路徑的回波到達時延和到達角度(后面簡稱為直達波到達時延和直達波到達角度)，利用離線計算得到的直達波到達時延和直達波到達角度與實際采集的直達波到達時延和直達波到達角度進行匹配處理，獲得目標定位結果。本發明的技術方案是：基于可靠聲路徑下目標回波到達時延和到達角度的主動定位方法，包括以下步驟：

步驟一：利用聲場軟件進行離線仿真計算，包括以下步驟；

子步驟一：由單個發射換能器和N個水聽器組成單基地主動聲納系統，該系統位于深海臨界深度下；發射換能器發射線性調頻信號，表達式為

其中，f為中心頻率，k為調頻斜率，τ₀為脈寬，T為發射周期；

子步驟二：將需要觀測的距離-深度空間劃分網格，假設目標位于某一網格點，利用射線模型離線計算從該網格點到達接收陣幾何中心點處的直達波雙程時延以及到達角度；設沿著距離方向網格點數為I，沿著深度方向網格點數為J。以第i(i＝1,2,…,I)個水平距離第j(j＝1,2,…,J)個深度處的對應網格點為例，從該網格點到達接收陣幾何中心處的直達波雙程到達時延為τ_i,j，從該網格點到達接收陣幾何中心處的直達波到達角為θ_i,j。對所有網格點做上述計算，并對到達時延和到達角的信息進行存儲。