[發明專利]基于時頻分布相關的水下瞬態聲源深度距離估計方法

在審

• 申請號: 202110301766.3
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113093195A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 韓東;魏尚飛;楊美嬌;叢蓉;孫杜娟;李利
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍大連艦艇學院
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08;G01S15/88
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

1.基于時頻分布相關的水下瞬態聲源深度距離估計方法，其特征在于，包括步驟如下：

步驟1：根據海洋環境模型對聲源目標區域進行網格化處理；

步驟2：計算接收信號；

聲源發射一個低頻寬帶信號，頻率帶寬為f₁～f₂，經過海洋波導傳播至距離r和深度z處對應的接收信號x(r,z,t)為：

其中，j為虛數，r為接收點與聲源的水平距離，z為接收點深度，z_s為聲源深度，ξ_n(ω)為頻率為ω的聲源波數k₀的水平分量；Z_n(z,ω)和Z_n(z_s,ω)是接收點和發射點處所對應的第n階模態振幅，ω_min為最小聲源頻率，ω_max為最大聲源頻率，t為時間序列，S(ω)為發生信號頻譜；

分別計算步驟1得到的網格中假定聲源和實際聲源在接收點處的模態振幅和聲源波數的水平分量；帶入公式(1)，分別得到網格點處假定聲源和實際聲源在接收點處的模擬接收時域信號和實際接收時域信號；

步驟3：對接收信號進行時頻分析；

將步驟2得到的模擬接收時域信號和實際接收時域信號分別進行時頻分析，得到實際接收信號歸一化時頻矩陣X_r和網格點處假定聲源的模擬接收信號歸一化時頻矩陣X_c；

步驟4：聲源深度距離估計；

利用步驟3得到的實際接收信號的時頻矩陣X_r與每個網格點處假定聲源信號的時頻矩陣X_c，同時計算出實際接收信號和模擬接收信號關于聲源深度的各階模態能量比以及關于聲源距離的各階模態時間差；

將步驟3計算得到X_r和X_c代入下式實現對聲源的定位；

式中x_rnm為實際接收信號時頻矩陣X_r中的第n行、第m列的元素，x_cnm(r,z)為在實測海洋環境條件下，以距離r和深度z仿真計算所得的數據時頻矩陣X_c中的第n行、第m列的元素，N和M分別為時-頻矩陣的行數和列數。

2.根據權利要求1所述的基于時頻分布相關的水下瞬態聲源深度距離估計方法，其特征在于，步驟4：聲源深度距離估計；

對步驟3的實際接收信號時頻矩陣X_r進行列向量化得：

K_r＝[k_r1,k_r2,…,k_rM]

然后對K_r求轉置再進行矩陣合并：

對上式中的各個元素取模：

U_r＝[|u_r1|,|u_r2|,…,|u_r(N×M)|]

對步驟3的模擬接收信號時頻矩陣X_c采用上述相同的處理得到U_c：

U_c＝[|u_c1|,|u_c2|,…,|u_c(N×M)|]

計算得到U_r的協方差矩陣R_r：

使用下述方法估計水下目標位置；

將計算得到的U_c和R_r代入下式實現聲源定位：

3.根據權利要求2所述的基于時頻分布相關的水下瞬態聲源深度距離估計方法，其特征在于，使用下述方法估計水下目標位置；

將計算得到的U_c和R_r代入下式實現聲源定位：