[發明專利]非規則軌跡水中運動目標前向聲散射多普勒頻移計算方法

有效

• 申請號: 202110488392.0
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113238208B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 何傳林;于洋;孫守揚;馬健博;呂紅敏
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 馬千會

本發明涉及海洋聲學技術領域，尤其涉及水中運動目標前向聲散射多普勒頻移計算方法。非規則軌跡水中運動目標前向聲散射多普勒頻移計算方法，包括：(1)將發射端、目標軌跡和接收端的地球經緯度坐標轉換為直角坐標，并依次標記為(x_S,y_S)、(x_T,y_T)和(x_R,y_R)；(2)將目標軌跡坐標序列記為(x_T(t_i),y_T(t_i)),i＝1,2,…,N，計算所有時段內的平均航速(3)對目標軌跡進行平滑處理，獲得虛擬直線軌跡，分別計算目標和接收端到其虛擬直線軌跡與基線交點的水平距離、虛擬直線軌跡與基線的夾角；(4)利用步驟(2)和(3)計算得到的參數，計算各時刻目標的前向聲散射多普勒頻移。本發明解決了現有技術無法計算目標運動軌跡非規則時的前向聲散射多普勒頻移的問題。

技術領域

本發明涉及海洋聲學技術領域，尤其涉及水中運動目標前向聲散射多普勒頻移計算方法。

背景技術

在前向聲散射探測系統中，由于發射端和接收端的位置均固定而只有目標運動，直達波的多普勒頻移為零而目標具有時變的多普勒頻移。從接收聲信號中提取目標的前向散射多普勒頻移信息，可以探測到入侵收發連線的水中運動目標。然而，目標前向散射多普勒頻移提取結果的真實性和準確性，需要通過相應的理論計算結果作對比檢驗。

水中目標的前向聲散射多普勒頻移的理論計算方法有兩種：

第一種方法主要利用雙基地分置角、目標航向與雙基地分置角平分線的夾角這兩個參數，其表達式為：

其中v為目標運動速度，λ為聲源信號的波長，β為雙基地分置角，δ為目標航向與雙基地分置角平分線的夾角。該方法本質上是一種幾何描述，其優勢是能夠計算目標任意運動形式下的前向聲散射多普勒頻移，但也存在兩個明顯不足之處。一個是難以直觀地建立目標多普勒頻移與目標參數的對應關系，而且對多普勒頻移關于目標運動時間的演變歷程的描述不夠清晰。另一個是要求記錄目標航向角，否則在只給定目標軌跡坐標和航速的條件下，通常需要多層計算才能得到角度δ的值。顯然，數值計算層數越多，誤差積累越大，計算結果的精度也就越差。

第二種方法的計算原理與第一種方法的原理相同，但用代數描述替換了幾何描述，直接建立了目標的前向聲散射多普勒頻移關于目標運動時間、穿越收發連線時刻、穿越點位置、航向角等參數的表達式，即：

式中t為目標運動時間、t_c為目標穿越收發連線的時刻、d為收發連線長度、d_TR為目標穿越點到接收端的水平距離、α為目標航跡與基線的夾角。該方法的突出優勢是能夠直接描述目標的前向散射多普勒頻移與各參數的依賴關系，并能夠直觀地刻畫多普勒頻移關于目標運動時間的演變歷程，且不需要目標的航向記錄。然而，該方法的缺點是只適用于目標軌跡為直線的情形，并不適合非規則目標軌跡的情形。

目前尚未有針對非規則軌跡的水中目標前向聲散射多普勒頻移的計算方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術存在的上述缺陷，提供一種針對非規則軌跡的水中目標前向聲散射多普勒頻移的計算方法，

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：非規則軌跡水中運動目標前向聲散射多普勒頻移計算方法，包括：(1)將發射端、目標軌跡和接收端的地球經緯度坐標轉換為直角坐標，并依次標記為(x_S,y_S)、(x_T,y_T)和(x_R,y_R)；