[發明專利]一種基于單矢量傳感器的空中目標定位方法

有效

• 申請號: 201710832959.5
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107515390B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 趙安邦;畢雪潔;惠娟;馬雪飛;曾財高;馬林;程越;牛芳;趙智姍;李賀
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種基于單矢量傳感器的空中目標定位方法。首先，利用pv_z互譜信號計算得到方位角估計結果。然后，對v_z進行譜分析后，進行相應頻段的頻率提取。使用LSM算法對頻率估計方法進行改進，提高了頻率序列提取精度和基頻估計結果精度。再進行水平方向參數估計，結合水平距離補償算法，可得到補償前后的水平距離估計結果。當方位角與航向角接近時，最近距離匹配算法的提出，使最近距離估計結果更為準確。水平距離補償算法的提出，降低了角度估計精度對水平距離估計精度的影響，使水平距離估計結果更為準確。通過頻率序列提取法計算仰角，在仰角估計算法的基礎上，實現了空中目標的高度估計，從而實現了對空中目標的三維定位。

技術領域

本發明涉及的是一種信號處理方法，具體地說是一種空中目標定位方法。

背景技術

水下平臺具有良好的機動性，有較大的自給力、續航力和作業半徑。但是水下平臺一般缺少有效的對空觀測手段。研究如何在水下對空中目標進行探測及定位的方法十分必要。

在對空中目標探測及定位算法研究前，首先需要對空中目標激發聲場進行研究。空中目標輻射噪聲主要有四種途徑傳播入水：直接折射波直達聲、折射波的海底-海面反射聲、非均勻波和散射波。針對空中目標激發聲場的研究很多。Hudilnac[1]基于射線理論對空中目標激發的水下聲場聲強進行研究并給出了靜止目標透射入水后的聲強計算式。Weinstein基于波動理論對空中目標透射入水聲場進行了數值計算[2]；布列霍夫斯基對球面波在平整界面的反射和折射進行了研究，并將到達水下接收器的聲波分為兩部分：按照射線聲學折射入水的聲波和非均勻波，且非均勻波幅度隨接收器離界面的距離增大呈指數衰減[3]；Urick基于射線理論計算了直接折射波的聲強，發現了水中垂直方向上存在余弦平方指向性[4]。Chapman[5]基于波動理論，給出了空中目標激發聲場的簡正波表示法，發現了空中目標激發聲場可等效為水下聲場，只在激發系數上存在差異。以上主要針對空中目標激發的水下聲場的理論研究，Buckingham通過多次海上實驗[6]，驗證了水下可以接收空中目標輻射噪聲，并且接收到的線譜信號多普勒信息可以用于空中目標定位識別。并從線源和點源兩個角度，對運動聲源在三層Pekeris波導中的聲傳播理論作了詳細的理論推導，從聲壓場的能量和多普勒兩方面進行了分析[7]。Clark和Jacyna[8,9]基于射線理論研究了聲源的運動對水下接收信號的影響。Gythrie和Hawker[10,11]在水平分層介質中利用簡正波理論，給出了沿水平方向勻速直線運動聲源的聲場，并得到了近似穩相點的計算方法，使簡正波方法的實現更容易,但是該方法要求聲源的運動速度必須遠遠小于介質聲速。Sehmidt[12]針對海洋波導環境用譜理論給出了聲源和接收器聯合運動情況下的聲場。主要適用于遠距離、多普勒脈沖信號的計算。Brian[13]利用射線模型給出了接收到信號的多普勒頻偏時間的變化關系，利用測頻方法處理實驗數據得到的空中目標輻射的線譜產生的多普勒頻偏隨時間的關系與所建立的射線模型吻合較好。

水下平臺通過探測空中目標輻射噪聲透射入水的部分聲能量實現對空中目標的探測定位。在Urick[4]、Medwin[14]以及Richardson[15]的研究中都已經證明了水下平臺接收信號中可以檢測到空中目標輻射的低頻線譜信息。因此利用透射入水的聲能包含的線譜信息進行空中目標定位是可行的。

水下平臺探測空中目標主要有以下幾種方法：第一種是直接觀察或利用雷達探測，方法雖然簡單，但是安全性能差。第二種是水下平臺釋放浮標，利用浮標攜帶傳感器進行探測。但是第二種方法受環境條件影響，受水下平臺和浮標之間的光纜限制，水下平臺無法下潛到較大的深度。第三種方法，就是通過水下平臺上攜帶的傳感器采集到的信號進行被動探測。本方法安全性好，而且對水下平臺的機動性無影響。

與本發明相關的公開文獻包括：