[发明专利]一种多发多收声定位网络系统及其定位方法

说明书

技术领域

本发明属于水声信号处理技术领域，具体地说，本发明涉及一种多发 多收声定位网络系统及其定位方法。本发明主要用于水下目标声探测。

背景技术

水下目标声探测是水声信号处理的一个重要领域。传统的收发共置探 测声纳通常采用单发单收的策略，即声纳首先发射一组信号，然后通过接 收目标所散射的信号回波来进行目标定位。同时，多基地探测声纳通常也 是采用单发单收策略(与收发共置的差别仅在于多基地的发射和接收装置 不在一起)，或者单发多收策略，即由一个发射基地发射一组信号，然后 其它接收基地接收这组信号被目标散射而来的回波，各个接收基地各自进 行目标定位或者通过基地间的数据融合进行目标定位。而多发多收的方式 近年来已经出现在通信和雷达领域中。而在声纳探测方面，本申请的发明 人在2007年提出了通过多发多收(MIMO)方式进行声纳低截获探测的初 步想法(李宇，王彪，黄海宁，李淑秋，张春华，MIMO探测声纳研究，声 学技术，26(5)pt.247-48页，2007)，但对于网络节点的布设、信号的收发 以及如何进行目标探测并未公开。

发明内容

因此，本发明的目的是将多发多收应用在声纳探测领域，通过多个节 点之间的时空协同来提高目标探测和定位的能力。

为实现上述发明目的，本发明提供的多发多收声定位网络系统包括声 信号收发节点和控制与处理单元；所述信号收发节点呈等分圆结构布设， 所述信号收发节点的个数为不小于3的奇数；所述控制与处理单元用于控 制各信号收发节点同步发射两两正交的脉冲编码探测信号，对各信号收发 节点接收到的直达波和目标回波信号进行数据处理以定位目标。

上述技术方案中，所述信号收发节点包括收发共置换能器阵、节点接 收机、节点发射机和无线通信模块。

上述技术方案中，所述控制与处理单元包括无线通信模块、信号处理 机和多发多收控制单元。

上述技术方案中，所述信号处理机包括数据处理单元，用于对所接收 到的回波信号进行时空协同处理：对于所述单个网络节点，对接收到的目标 所散射的其它网络节点从各方向发射的探测信号的回波进行波束形成处 理和相干叠加，得到所述目标相对于所述网络节点的方位和距离。

上述技术方案中，所述数据处理单元包括数据融合单元，用于根据各 网络节点的位置，对所得到的目标相对于各网络节点的方位和距离进行数 据融合，得到目标相对于网络节点布设阵形的圆心的方位和距离。

上述技术方案中，所述数据处理单元还包括：

时域正交相干处理单元，用于对网络节点接收到的信号，通过相应正交 探测信号副本进行时域正交相干处理；

相干叠加和多波束形成处理单元，用于将各正交探测信号经时域正交相 干处理后的输出相干累加，并进行多波束形成处理，得出目标相对于接收节 点的方位；

距离计算单元，用于根据各正交探测信号的发射节点的位置、各正交探 测信号的回波到达所述接收节点的时间，以及所得出的目标相对于接收节点 的方位，计算出目标相对于接收节点的距离。

本发明还提供的所述多发多收声定位网络系统的定位方法包括如下 步骤：

1)各网络节点同步发射两两正交的脉冲编码探测信号；

2)各网络节点接收目标散射的回波信号；

3)对于单个网络节点所接收到的回波信号进行时空协同处理：对于所 述单个网络节点，对接收到的目标所散射的其它网络节点从各方向发射的 探测信号的回波进行波束形成处理和相干叠加，得到所述目标相对于所述 网络节点的方位和距离。

上述技术方案中，重复步骤3)得到目标相对于各网络节点的方位和 距离；然后进入步骤4)，所述步骤4)如下：根据各网络节点的位置，所 得到的目标相对于各网络节点的方位和距离进行数据融合，得到目标相对 于网络节点布设阵形的圆心的方位和距离。

上述技术方案中，所述步骤3)包括如下子步骤：

31)对网络节点接收到的信号，通过相应正交探测信号副本进行时域正 交相干处理；

32)将各正交探测信号经时域正交相干处理后的输出相干累加，并进行 多波束形成处理，得出目标相对于接收节点的方位；

33)根据各正交探测信号的发射节点的位置、各正交探测信号的回波到 达所述接收节点的时间，以及步骤32)中得出的目标相对于接收节点的方位， 计算出目标相对于接收节点的距离。