[发明专利]一种基于宽带信号时延检测的超短基线水下目标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于宽带信号时延检测的超短基线水下目标定位方法，特别适用于水下目标(应答器)的超短基线定位和参数水声遥测。属水下目标定位技术领域。

背景技术

超短基线（USBL）是一种水下定位技术，超短基线水下目标定位系统由于其基阵尺寸小，便于安装，而且设备成本相对较低，使用十分方便，已在海洋探测研究、海洋工程、海洋目前被普遍应用于海洋石油勘探开发、海洋打捞等海洋生产开发方面广泛的应用。

上述传统超短基线定位是采用相位检测方法。工作时，通过母船的超短基线阵上的发射换能器向应答器发射询问信号，应答器返回应答信号，系统根据目标(应答器)的应答时间测出水下目标的距离，同时利用到达各阵元的应答信号相位差测出目标的方位，从而得到目标的位置。但是为了抗相位测量模糊，超短基线阵的阵元间距d应小于l/2(l为信号波长)，通常情况下该尺寸较小，而在如此小的基阵尺寸下难以实现目标的高精度定位。

为提高系统的定位精度，扩大基阵尺寸是一常用方法。但在用相位检测时，基阵尺寸受到相位测量模糊的限制，需设计改进型的多阵元超短基线阵。而该短基线阵的加工和校准难度较大，实现相当困难，另外，由于多途影响效应对单频信号带来相位起伏，直接影响定位精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不跳，发明一种宽带超短基线水下目标定位和信息遥测方法，它能实现水下目标(应答器)的高精度定位，而且可对应答器姿态、深度、应答器处水温、应答器电池电压等工况信息进行水声遥测以及对应答器声源级进行遥控。

本发明基于宽带信号时延检测的超短基线水下目标定位方法是这样完成的：目标定位方法采用应答模式进行目标定位，先平台或船载设备发射询问信号，布置于水下目标上的应答器进行相应的应答，平台或船载设备接收应答信号，然后通过获得的数据计解出水下应答器位置。

所述的平台或船载设备发射询问信号是采用正负线性调频(LFM)组合脉冲的形式，当正线性调频(LFM)脉冲在前，负线性调频(LFM)脉冲在后时为对目标1的询问，当负线性调频(LFM)脉冲在前，正线性调频(LFM)脉冲在后时为对目标2的询问。

所述的正负LFM信号脉冲不同的调制间隔产生不同类型的询问信号；

当两脉冲之间的时间间隔T_k为：

T_k=T₀+k´D(k=0……6) 　　　　　　　　　(1)

式中：T_k完成不同模式的脉冲间隔调制，T₀为初始时间间隔，k代表7种不同的询问模式，D为调制间隔；

1)k=0, 目标1(2)定位询问；

2)k=1, 目标1(2)定位和姿态询问；

3)k=2，目标1(2)定位和深度询问；

4)k=3, 目标1(2)定位和温度询问；

5)k=4，目标1(2)定位和电压询问；

6)k=5，目标1(2)定位和声源级增加；

7)k=6, 目标1(2)定位和声源级减小。

应答器检测到正负线性调频信号的次序和正负线性调频信号的之间的时间间隔，判断询问的目标号、定位或遥测的具体内容，结合测量的相关传感器信息，调制发射相应的应答信号，

具体应答信号步骤是：脉冲Pw1为MFSK宽带信号，对于目标1，频率编码顺序为f_L、f_M和f_H，对于目标2，频率编码顺序为f_H、f_M和f_L，脉冲Pw2和Pw3用以遥测信息的调制；

当进行目标定位时，应答器发射定位脉冲(MFSK脉冲)，超短基线阵接收到应答信号后，通过平台(或船载)电子设备完成相对两个基元接收信号的检测，经过宽带信号常规处理、相关峰值检测、内插拟合后，完成高精度时延检测，

再按照公式(2)计算出目标位置；

x=Rct_x/d(2)

y=Rct_y/d(2)

其中，R为基阵到应答器的斜距，单位:m；d为基阵孔径，单位：m；t_x和t_y 分别为应答信号到达水平、垂直方向两个基元的时差,单位：

s；R=（1/2）ct,c为水中声速，单位：m/s；t为发射询问信号到接收到应答信号的延时，单位：s。