[发明专利]一种水下目标三维定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声定位方法，具体涉及一种水下目标三维坐标定位的方法。

背景技术

水声定位系统主要指的是可以用于局部区域精确定位导航的系统。大多数的水声定位系统，都是在某一参照系内通过测距或测向确定航行器或目标的位置。

短基线定位系统通常是在船底或平台舷侧布置3个以上的基元构成基线阵，通过测量声波在目标与各个基元之间的传播时间差来解算目标的方位和距离，进而推算出目标的坐标。为了获取测量阵的位置和姿态，短基线定位系统需要配有垂直参考单元、罗经和参考坐标系统。其优点是：系统组成简单而便于操作；测距精度高。短基线定位系统的缺点是：需要在船底安装3个以上接收阵元且需要良好的几何图形，接收阵需要精确的校准；定位精度工作距离关系较大，工作距离越远精度越差。

短基线定位系统通常采用的工作方式主要有应答器式或同步信标式。

应答式工作方式，基元向水下应答器发送询问信号，水下应答器接收到询问信号后，以另外一频率发回应答信号。应答器在收到询问信号后开始计时，短基线接收基元则由应答信号到达时刻减去二分之一“询问应答”时间，并计算其绝对距离，进而得出水下应答器相对于基阵的坐标。应答器工作方式要求在应答器和测量船上都安装询问(应答)发射机和接收机。

信标式工作方式要求在待测目标和与基阵基元上都安装高精度同步时钟系统，信标按同步时刻定时发射信号，经基阵基元测时装置测出信号从发射到接收所经历的时间，计算其距离，以确定出声源(目标)相对于接收基阵的空间位置。信标式工作方式要求基元之间完全时刻同步，而根据声源时钟和基元接收机的时钟是否完全同步又可分为同步和异步两种，同步方式采用球交汇模型，异步方式采用双曲交汇模型求得定位解。与应答式系统相比，信标式系统在设备上比较简单，但对时钟的要求比较高。

公开号为CN 101846738B的专利文件中，提供了一种利用海面反射声进行测深的方法，其适用的条件是目标水平距离已知，通过被动测量目标噪声实现。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能确保在直达声缺失或漏报的情况下仍能进行准确定位的水下目标三维定位方法。

本发明的目的是这样实现的：

1、采用3个以上阵元组成具有空间尺度的分布式阵列，接收水下目标发射脉冲信号，对各阵元经预处理得到的脉冲序列进行联合处理，首先剔除干扰脉冲；第i、j号阵元接收脉冲时延分别为t_i、t_j，阵元直线距离为L_ij，声速为c，则不满足不等式c·|t_i-t_j|＜L_ij的两个脉冲中必有一个为干扰脉冲，对两两阵元间脉冲时延进行比较，剔除干扰脉冲；

2、直达声、海面或海底反射声辨识，主要实现步骤为：

(2.1)依据脉冲时延、幅度、脉宽、频率、频率方差信息选择最可能的直达声脉冲以及相应阵元，设定第i号阵元k号脉冲为参考基准，脉冲时延值为t_ik，为剩余的第j号阵元设定时延窗T_ij＝L_ij/c，其中第i、j号阵元阵元直线距离为L_ij，声速为c，从时间窗内挑选出第j号阵元直达声，记录直达声时延值，并评定各个直达脉冲的有效因子；

(2.2)将各阵元直达脉冲置为无效值，不参与海面或海底一次反射声的挑选；依据脉冲时延、幅度、脉宽、频率、频率方差信息选择最可能的海面或海底反射声以及相应阵元，设定第i号阵元k号反射声脉冲为参考基准，脉冲时延值为t_ik，为剩余的第j号阵元设定时延窗T_ij＝L_ij/c，其中第i、j号阵元阵元直线距离为L_ij，声速为c，从时间窗内挑选出第j号阵元反射声，记录反射声时延值，并评定各个直达脉冲、反射脉冲的有效因子；

3、辨识出3以上阵元接收直达声脉冲的情况下，选择有效因子最高的三个基元，进行球交汇得三维坐标；

4、辨识出直达声脉冲不足3阵元的情况下，按照以下方法进行目标定位：