[发明专利]拖曳线列阵被动测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种探测方法，具体地说是一种高精确被动测距的方法。

背景技术

拖曳线列阵是一种拖曳在水面船舶后面的大孔径线列阵，它具有低频，大孔径，受本地干扰小，不受船舶结构限制等优点。但因拖曳线列阵的声学段是柔性的，可能存在阵型畸变，对测距性能会有所影响。传统的三元阵被动测距和匹配场被动测距因要求阵元位置精确已知，故均不适合应用于拖曳阵声呐，故此类声呐迄今仍无技术使它们具有高精度被动测距功能。一种适合拖曳线列阵声纳被动测距的稳健的定位算法有待于研究。

波导不变量β是由莫斯科大学的Chuprov教授提出的，被用来描述低频声场的干涉结构。波导不变量不需要知道海洋的先验知识，就可以描述环境的影响。目前美国海军研究所及Scrip实验室已经研究“基于信道不变量的引导声源垂直阵被动测距”(见文献[1]：Aaron M.Thode.Source ranging with minimal environmental information using a virtual receiver and waveguide invariant theory[J].J.Acoust.Soc.Am，2000，108(4)：1582-1594.)和“基于扩展函数的单声压水听器被动测距”(见文献[2]：Kevin L.Cockrell，Henrik Schmidt.Robust passive range estimation using the waveguide invariant[J].J.Acoust.Soc.Am，2010，127(5)：2780-2789)两种方法。中国科学学院声学所在南海进行了引导声源垂直阵被动测距的海试(文献[3]：鹿力成.海底变化环境下目标距离定位[J].水声及物理声学，2007，26(4)：65-68)。中国海洋大学在验证了该方法的可行性之后，发展了“引导声源水平阵被动测距技术”，采用水平阵而不是垂直阵，这是一个进步，因为水平阵被动测距更适合应用(文献[4]：赵振东，高大治，王好忠，王宁.波导不变量在目标测距中的应用[J].声学技术，2009，28(2)：45-46)。一种基于信道不变量原理的水平阵信号处理研究有更广阔的应用前景。

如果有一种基于拖曳线列阵，结合波导不变量进行被动测距的技术，这种技术不仅能推动水声对抗技术的发展，而且在岸站、和海洋研究中，尤其在声学海上测量研究中均会有重要应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、实用、稳健的拖曳线列阵被动测距方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)分别对拖曳线列阵的两个分裂阵接收的信号作短时傅里叶变换(STFT)得到分裂阵的LOFAR图，再分别进行方位估计可以得到两幅瀑布图；

(2)对两幅瀑布图中任意一幅瀑布图做Radon变换或Hough变换得到目标的航向角，目标到两分裂阵声中心的声程差为等效阵元间距与航向角的余弦的乘积；

(3)对两LOFAR图作图像相关得到目标通过两分裂阵声中心的时延，从而得到目标航速v；

(4)在两LOFAR图上提取对应干涉条纹的最近通过时刻，取它们的平均作为目标相对原点的最近通过时刻t₀；

(5)利用Radon变换或Hough变换对分裂阵的LOFAR图进行图像处理，在变换域提取目标相对两分列阵声中心的最近通过距离与目标航速的比值，进而得到目标相对两分裂阵声中心的最近通过距离，取平均得到目标相对于原点最近距离r₀；

(6)根据目标距离r的计算公式t为运动时间，可以测得运动目标距离。

本发明提供了一种稳健的基于拖曳线列阵被动测距的技术，采用Radon变换或Hough变换对LOFAR图和瀑布图进行图像处理，就可以实现对目标速度和距离的测量，对目标识别和水声对抗均有重要的意义。

本发明不需要精细的海洋参数，允许阵型有宽容的偏差，利用分裂阵就可以实现稳健的被动测距，这种技术不仅可以用于分裂成双阵的拖曳阵，也可以用于舷侧阵等其他水平阵上。在实际应用中它的探测距离远，使用场合多，即可以用于岸站，也可用于水面船或水下平台。对海岸预警系统，水声对抗等方面均有重要应用前景。

附图说明

图1是拖曳线列阵被动测距框图；

图2是拖曳线列阵在海中布放图；

图3是目标运动的几何关系图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：