[發明專利]一種結合半經驗公式的單陣元匹配場爆炸聲源定位方法

有效

• 申請號: 202010018094.0
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111142071B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 孫炳文;張朝金
• 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: 陳琳琳;李彪

1.一種結合半經驗公式的單陣元匹配場爆炸聲源定位方法，該方法基于單船作業，利用船上懸掛的標準水聽器實現，所述方法包括：

從水聽器的接收信號中分別估計直達聲到達時間、海面反射聲到達時間、海底反射聲到達時間、聲彈爆炸的沖擊波峰值和一次氣泡脈動的周期；

以直達聲到達時間、海面反射聲到達時間、海底反射聲到達時間、聲彈爆炸的沖擊波峰值和一次氣泡脈動的周期的理論值為參數，結合估計值設計代價函數；

確定聲源深度、聲源與接收陣水平距離、海深三個參數的搜索范圍，由此確定搜索空間；

在搜索空間內，計算不同位置處爆炸聲源對應的水聽器的直達聲到達時間、海面反射聲到達時間、海底反射聲到達時間的理論值，接收到的沖擊波峰值和一次氣泡脈動周期的理論值，由此得到對應的代價函數值；

在搜索空間內，搜索代價函數值的最小值，根據其對應的聲源深度和聲源與接收陣水平距離確定爆炸聲源的位置；

所述確定聲源深度、聲源與接收陣水平距離、海深三個參數的搜索范圍，由此確定搜索空間；具體包括：

爆炸聲源爆炸深度與氣泡脈動周期以及當量關系為：

T₁＝K₁w^1/3/(z+10.1)^5/6×1000

其中，w為聲彈當量，T₁為第一個氣泡脈動的周期，K₁＝2.11，z為爆炸深度；

根據水聽器陣元接收到的信號得到的一次氣泡脈動周期T，代入上式，計算得到爆炸深度z₀，以z₀為中心，選取[0，2z₀]作為聲源深度D的搜索范圍；

海深H的搜索范圍和聲源與接收陣水平距離R的搜索范圍根據經驗值確定。

2.根據權利要求1所述的結合半經驗公式的單陣元匹配場爆炸聲源定位方法，其特征在于，所述代價函數為：

f(dt₁,dt₂,dt₃,dt'₁,dt'₂,dt'₃,T,T',P,P')

＝|(dt₂-dt₁)-(dt'₂-dt'₁)|+|(dt₃-dt₁)-(dt'₃-dt'₁)|+100×|P-P'|+|T-T'|

其中，dt₁、dt₂、dt₃、P和T為從水聽器的接收信號中估計的直達聲到達時間、海面反射聲到達時間、海底反射聲到達時間、聲彈爆炸的沖擊波峰值和一次氣泡脈動的周期；dt'₁,dt'₂,dt'₃分別為dt₁,dt₂,dt₃對應的理論值；P'和T'分別為P和T的理論值，這五個理論值與聲源深度D、聲源與接收陣水平距離R和海深H相關。

3.根據權利要求1所述的結合半經驗公式的單陣元匹配場爆炸聲源定位方法，其特征在于，所述dt'₁,dt'₂,dt'₃的計算過程為：

對于不同海深H，聲源與接收陣的不同水平距離R和不同聲源深度D，使用水聲傳播模型計算直達聲到達水聽器的時間dt'₁，海面一次反射聲到達水聽器的時間dt'₂，海底一次反射聲到達水聽器的時間dt'₃。

4.根據權利要求3所述的結合半經驗公式的單陣元匹配場爆炸聲源定位方法，其特征在于，所述T'和P'的計算過程為：

計算一次氣泡脈動周期T'：

T'＝K₁w^1/3/(D+10.1)^5/6×1000

其中，w為聲彈當量，K₁＝2.11；

根據爆炸點距接收的等效距離與沖擊波峰值之間的關系計算沖擊波峰值P'：

P'＝53.3(w^1/3/R)^1.13。