[發(fā)明專利]一種基于時域warping變換的被動測距方法

有效

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• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112684437B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁有能;趙航芳
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01S11/14
• 分類號: G01S11/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種基于時域warping變換的被動測距方法，該方法包括如下步驟：對接收信號進(jìn)行時域warping變換；對時域warping變換后的信號進(jìn)行頻域濾波，分離和提取簡正模；對分離得到的簡正模，取其中兩號模做互相關(guān)，提取互相關(guān)的時延，根據(jù)時延比值與距離比值的關(guān)系，利用一個引導(dǎo)聲源，對未知聲源進(jìn)行測距；為了提高測距精度以及提高測距的魯棒性，利用多號簡正模進(jìn)行測距，然后取加權(quán)平均，考慮到低號模在近距離分離效果不明顯，而高號模能量很弱，因此取中間幾號模分離效果較明顯且能量較強(qiáng)的。該方法通過時域warping變換分離和提取簡正模，再利用簡正模的互相關(guān)提取與距離有關(guān)的時延，進(jìn)而實現(xiàn)聲源測距，仿真結(jié)果表明，該方法能夠有效地估計聲源距離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于時域warping變換的被動測距方法。

背景技術(shù)

21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋在全球中的戰(zhàn)略地位受到各國關(guān)注。海洋目標(biāo)探測在海洋科學(xué)研究、資源開發(fā)、權(quán)益維護(hù)，特別是安全防衛(wèi)中發(fā)揮重要的作用，也得到了各國科研人員的廣泛關(guān)注。海洋中目標(biāo)的距離測量和估計作為海洋目標(biāo)探測的重要組成部分一直以來都是科學(xué)研究的熱點。

目前在海洋工程中廣泛應(yīng)用的目標(biāo)測距技術(shù)有多種，根據(jù)定位系統(tǒng)工作方式主要分為主動測距和被動測距。主動測距是指探測平臺主動發(fā)射源信號，利用接收到的目標(biāo)回波信號信息，對目標(biāo)進(jìn)行距離估計的方法。主動測距方式由于主動發(fā)射探測信號，對目標(biāo)回波有一定的先驗知識，有利于獲得目標(biāo)的位置信息。但是在軍事領(lǐng)域，使用主動工作方式，敵方有可能探測到平臺發(fā)射的探測信號，使本身完全暴露于敵方，進(jìn)而遭到敵方運(yùn)用武器進(jìn)行反攻擊，使得本方的安全性不能得到保障。被動測距技術(shù)是指根據(jù)目標(biāo)輻射的聲信號對目標(biāo)進(jìn)行距離估計。因此，其高隱蔽性、作用距離等特性對于提高系統(tǒng)在錯綜復(fù)雜環(huán)境下的作戰(zhàn)能力和生存能力具有重要作用。

現(xiàn)有的技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要有：1.傳統(tǒng)的幾何定位方法是利用聲基陣對目標(biāo)的方位角進(jìn)行估計，然后通過方位角確定目標(biāo)的方位線，通過多個聲基陣測量得到的方位線的交點確定目標(biāo)的位置，從而得到目標(biāo)與觀測站的距離。該方法的測距精度嚴(yán)重依賴于方位角的估計精度，對于方位角誤差非常敏感，所以在實際應(yīng)用中存在很大的局限性。2.傳統(tǒng)的匹配場處理方法，在模型和驅(qū)動模型的參數(shù)準(zhǔn)確的情況下具有良好的定位性能，但是聲場環(huán)境是復(fù)雜多變的，實際的環(huán)境具有隨機(jī)性，難以取得準(zhǔn)確的參數(shù)驅(qū)動模型，況且目前的模型也難以做到隨機(jī)描述，而匹配場處理方法對于模型的失配特別敏感，且對于模型失配還沒有好的解決方案。此外匹配場處理方法需要事先進(jìn)行大量的計算，生成拷貝場，對于計算速度的要求較高。3.目標(biāo)運(yùn)動分析方法也是目前廣泛使用的一種方法，通過對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)測量，進(jìn)而實現(xiàn)目標(biāo)的跟蹤，但是這種方法需要對目標(biāo)進(jìn)行較長時間的測量才能夠比較準(zhǔn)確地確定目標(biāo)的位置，并且對與目標(biāo)和觀測站的運(yùn)動狀態(tài)也有較高的要求，要求目標(biāo)做勻速或勻加速直線運(yùn)動，并且需要觀測站做有效機(jī)動，在某些條件下可能是不可觀測的。

綜上，提出一種對現(xiàn)有測距技術(shù)的一種補(bǔ)充技術(shù)，以使得在現(xiàn)有定位方法基礎(chǔ)上，水聲定位技術(shù)領(lǐng)域更加完善，這也是整個水聲領(lǐng)域一直致力于研究的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對目前水聲領(lǐng)域測距技術(shù)的不足，提供了一種基于時域warping變換的被動測距方法，用于估計目標(biāo)聲源與觀測站之間的距離，測距的精度較高，且具有較高的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種基于時域warping變換的被動測距方法，其用于發(fā)射信號為短時寬帶脈沖信號的未知聲源的被動測距，所述方法包括如下步驟：

(1)接收信號：

1.1)發(fā)射信號：引導(dǎo)聲源和未知聲源發(fā)射短時寬帶脈沖信號；

1.2)聲場環(huán)境：聲源發(fā)射信號通過水下聲場環(huán)境到達(dá)水聽器；

1.3)接收信號：單個水聽器接或水聽器陣列接收來自引導(dǎo)聲源和未知聲源的信號；