[发明专利]一种水下目标被动定位的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及声纳信号处理技术领域，更具体地，本发明涉及一种水下目标 被动定位的系统和方法。

背景技术

水下目标被动定位是声纳信号处理的重要研究课题，其利用目标本身辐射 的信号对目标方位进行估计，定位系统不需要发出任何信号，具有相当强的隐 蔽性。传统的水下目标被动定位系统基于水听器阵列，依据测量基元接收到的 相关信号在空间或时间上的某种分布特性来完成目标的被动定位，采用阵列信 号处理方法，例如到达时延差(TDOA)和方位估计值(DOA)的估计，得到目标 距测量中心的距离或与测量中心的角度信息，采用基于几何原理的方法获得目 标的被动定位，测量系统可为舰船的拖曳线列阵，或悬挂于声纳浮标的垂直阵， 所使用的单站观测所不能直观地反映目标与测量中心或参考中心的坐标关系； 该定位系统被动目标定位的计算复杂度大，定位精度主要取决于阵元孔径而致 使基阵尺度难于控制，增加孔径导致定位系统庞大难于快速实施。该定位方法 受到阵元孔径、不同阵元接收信号相关特性等限制，当为了增加定位精度而增 大孔径时，基阵尺度难于测量，形状不容易控制，且各阵元接收到的信号相关 性减小，影响了定位的精度增加了处理的复杂性，并且定位方法存在难于相交， 定位误差大，监测区域有限且存在定位盲区的不足之处。

发明内容

为克服现有水下目标定位中计算复杂、精度差的缺陷，本发明提出了一种 水下目标被动定位的系统和方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种水下目标被动定位的系统，包括：

多个水下传感器设备，用于采集水下目标的噪声信号，发送所述噪声信号 的能量信息；

三个或者多个浮标设备，分别与所述一个或者多个传感器设备相通信，将 所述能量信息转发给中心处理设备，并且所述浮标设备充当系统的锚点；

和中心处理设备，与所述多个浮标设备相通信，用于根据所接收的所述能 量信息和所述锚点的位置信息获取水下目标的方位。

其中，所述多个水下传感器设备与多个浮标设备的通信采用声无线通信或 者有线通信，多个浮标设备与中心处理设备的通信可以采用无线电通信或者有 线通信。

其中，所述水下传感器设备通过所述锚点的位置信息和自身与锚点的方位 关系获取自身的位置信息；或者所述锚点通过其位置信息和所述水下传感器设 备与自身所处水下网络拓扑关系获取所述水下传感器设备的位置信息。

其中，所述一个或者多个水下传感器设备与一个或者多个浮标设备的位置 可以随机布置，也可以按照诸如方形或菱形的拓扑结构布置。

其中，所述水下传感器设备包括：

传感器模块，用于采集、整理目标噪声及水下环境信息的数据；

处理模块，用于将所述传感器模块采集的数据进行能量估计运算，并分析 估计的方差；

通信模块，用于实现水下传感器设备之间的声载波无线链接，进行信息的 传递。

其中，所述浮标设备通过其上安装的GPS装置完成自身定位，充当系统中 的锚节点。

根据本发明的另一方面，提出了一种使用上述任何系统的水下目标被动定 位方法，包括：

步骤10)、所述传感器设备接收并测量水下目标噪声信号，根据水下声波 传输原理建立的噪声信号能量传播模型获取所述噪声信号的能量信息；

步骤20)、所述浮标设备接收所述能量信息，并获取所述传感器设备的位 置信息；

步骤30)、所述中心处理设备接收所述能量信息和所述传感器设备的位置 信息，采用最大似然法，估计目标的方位信息。

其中，步骤10)还包括所述系统中的所述传感器设备、所述浮标设备以及所 述中心处理设备之间的同步。