[發(fā)明專利]基于子陣劃分的虛擬超短基線定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010144254.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111381212A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫大軍;張居成;鄭翠娥;韓云峰;崔宏宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/22
• 分類號(hào): G01S5/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高倩

基于子陣劃分的虛擬超短基線定位方法，解決了現(xiàn)有超短基線定位系統(tǒng)在低信噪比條件下的水下定位精度不高的問(wèn)題，屬于超短基線定位技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括如下步驟：S1、將接收基陣劃分為四個(gè)子陣，將四個(gè)子陣的參考中心構(gòu)成一組虛擬的超短基線；S2、四個(gè)子陣分別進(jìn)行波束形成，得到四個(gè)子陣的陣列輸出信號(hào)；S3、利用四個(gè)子陣的輸出信號(hào)進(jìn)行超短基線定位，獲得目標(biāo)位置。本發(fā)明能夠有效利用陣列的陣增益優(yōu)勢(shì)，在低信噪比條件下精確估計(jì)水下目標(biāo)的位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于子陣劃分的虛擬超短基線定位算法，屬于超短基線定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水聲定位技術(shù)是人類依賴眾多水下航行器進(jìn)入深海、探測(cè)深海和開(kāi)發(fā)深海的關(guān)鍵，在近些年，隨著各國(guó)對(duì)海洋重視程度的不斷提高，水聲定位技術(shù)在海洋測(cè)繪、海洋物理，海洋工程和海洋資源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

水聲定位技術(shù)通過(guò)水面的換能器基陣接收水下應(yīng)答器發(fā)射的聲波估計(jì)各個(gè)基元之間的時(shí)延差來(lái)估計(jì)與目標(biāo)的相對(duì)距離和方位，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)位置的精確估計(jì)。水聲定位系統(tǒng)按基線長(zhǎng)度分類包括：長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)、短基線定位系統(tǒng)和超短基線定位系統(tǒng)。超短基線定位系統(tǒng)通過(guò)船載聲學(xué)基陣獲得目標(biāo)位置，然后結(jié)合GPS、姿態(tài)傳感器等外部設(shè)備進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以獲得水下目標(biāo)的大地坐標(biāo)。超短基線定位系統(tǒng)具有組成簡(jiǎn)單、操作方便、便于大范圍機(jī)動(dòng)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，可為水下勘探、水下目標(biāo)定位跟蹤、水下遙控作業(yè)等各種高精度作業(yè)提供技術(shù)支持，使它在海洋資源調(diào)查和科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。但是現(xiàn)有超短基線定位系統(tǒng)在低信噪比條件下的水下定位精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有超短基線定位系統(tǒng)在低信噪比條件下的水下定位精度不高的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于子陣劃分的虛擬超短基線定位方法。

本發(fā)明的一種基于子陣劃分的虛擬超短基線定位方法，所述方法包括如下步驟：

S1、將接收基陣劃分為四個(gè)子陣，將四個(gè)子陣的參考中心構(gòu)成一組虛擬的超短基線；

S2、四個(gè)子陣分別進(jìn)行波束形成，得到四個(gè)子陣的陣列輸出信號(hào)；

S3、利用四個(gè)子陣的輸出信號(hào)進(jìn)行超短基線定位，獲得目標(biāo)位置。

作為優(yōu)選，所述四個(gè)子陣的參考中心確定方法為：四個(gè)子陣的參考中心分別位于棱形的頂點(diǎn)處，且該棱形的中心與接收基陣的中心重合。

作為優(yōu)選，所述S2中，進(jìn)行波束形成的方法為：

對(duì)子陣接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理，使其在設(shè)定波束指向形成波束，當(dāng)信號(hào)從非主波束方向入射到接收基陣時(shí)，就會(huì)被抑制掉。

作為優(yōu)選，所述S2中，還包括對(duì)設(shè)定的波束指向?qū)邮招盘?hào)進(jìn)行時(shí)延值補(bǔ)償。

作為優(yōu)選，所述時(shí)延值根據(jù)波束指向、基元間距和接收信號(hào)頻率獲得。

作為優(yōu)選，所述接收基陣位于水面，水面接收基陣向水下目標(biāo)發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，目標(biāo)接收到詢問(wèn)信號(hào)后會(huì)發(fā)射相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，經(jīng)過(guò)海水信道傳播到達(dá)水面接收基陣。

作為優(yōu)選，所述S3中，利用四個(gè)子陣的輸出信號(hào)進(jìn)行超短基線定位的方法包括：

利用某一方向上兩個(gè)基元接收信號(hào)到達(dá)時(shí)刻的時(shí)延差估計(jì)入射信號(hào)與該方向的夾角。利用信號(hào)從聲源到達(dá)接收基陣的傳播時(shí)間估計(jì)目標(biāo)與接收基陣的距離，進(jìn)而通過(guò)距離和方位估計(jì)目標(biāo)在接收基陣坐標(biāo)系的位置。

本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明利用常規(guī)波束形成能夠有效抑制噪聲以及對(duì)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)選擇四個(gè)合適的子陣構(gòu)成一組虛擬的超短基線，然后利用子陣的輸出信號(hào)估計(jì)水下目標(biāo)的位置。該方法能夠有效利用陣列的陣增益優(yōu)勢(shì)，在低信噪比條件下精確估計(jì)水下目標(biāo)的位置。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的超短基線基本模型；