[发明专利]具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器及该水听器的目标定位及判别方法

权利要求书

1.具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器，其特征在于，该矢量水听器包括3个MEMS加速度传感器(1)、2个声压水听器(2)、磁方位传感器(3)、正交调整架(4)、信号处理电路(5)、声学透声灌封材料的外壳(6)和输出电缆(7)；

所述正交调整架(4)为11根支架固定连接构成的非闭合正方体框架，该框架的每个支架上均设有圆形通孔，用于与螺栓连接，以正交调整架(4)的一个连接点为中心建立三维直角坐标系，3个MEMS加速度传感器(1)分别通过螺栓安装在正交调整架(4)的XOY、XOZ和YOZ三个平面上，且3个MEMS加速度传感器(1)的敏感方向相互正交，构成三维MEMS矢量水听器X轴振速通道、Y轴振速通道和Z轴振速通道；磁方位传感器(3)通过螺栓固定在正交调整架(4)上，使磁方位传感器(3)敏感轴初始方向与地磁北极方向夹角为零度，且与三维MEMS矢量水听器的Y轴振速通道平行，2个声压水听器(2)分别固定安装在与Z轴振速通道平行的MEMS加速度传感器(1)与磁方位传感器(3)的内表面上，信号处理电路(5)通过螺栓固定在正交调整架(4)上且平行于YOZ平面；3个MEMS加速度传感器(1)的信号输出端均与连接信号处理电路(4)的一个信号输入端连接、2个声压水听器(2)的信号输出端均与信号处理电路(4)的另一个信号输入端连接，磁传感器(3)的信号输出端连接信号处理电路(4)的磁信号输入端；向安装有3个MEMS加速度传感器(1)、2个声压传感器(3)、磁方位传感器(3)和信号处理电路(5)的正交调整架(4)灌筑声学透声灌封材料构成圆筒形外壳(6)。

2.根据权利要求1所述的具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器，其特征在于，该矢量水听器还包括电缆(7)，所述电缆器(7)的一端连接信号处理电路(5)的信号输出端，电缆器(7)穿过圆筒形外壳(6)，用于与外部设备相连。

3.根据权利要求1所述的具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器，其特征在于，该矢量水听器还包括8个挂钩(8)和8个圆柱形连接件(9)，所述8个圆柱形连接件(9)的主体密封在圆筒形外壳(6)内，圆筒形外壳(6)的一个圆柱面上固定有4个圆柱形连接件(9)，圆柱形连接件(9)的一端位于圆筒形外壳(6)的外部，8个挂钩(8)与8个圆柱形连接件(9)螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器，其特征在于，信号处理电路(5)还包括：声信号处理电路、磁方位处理电路和数字信号处理电路，所述声信号处理电路的一个信号输入端同时连接2个声压水听器(2)的水压信号输出端，声信号处理电路的另一个信号输入端同时连接3个MEMS加速度传感器(1)的加速度信号输出端，声信号处理电路的声信号输出端连接数字信号处理电路的声信号输入端，磁方位处理电路的信号输入端连接磁方位传感器(3)的磁方位信号输出端，磁方位传感器(3)的磁信号输出端连接数字信号处理电路的磁信号输入端。

5.具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器的目标定位及判别方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用3个MEMS加速度传感器(1)输出相互正交的三个方向的声信号信息v_x、v_y和v_z；2个声压水听器(2)输出并联后的声压信号p(t)；采用磁方位传感器(3)采集磁信号，获得磁方位传感器(3)的三个正交振速分量v_i(t)；i＝x,y,z；

步骤二、利用步骤一获得的声压信号p(t)，获得水下待测目标相对于矢量水听器主响应轴的水平方位角α(f)；

对声压信号p(t)及三个正交振速分量v_i(t)(i＝x,y,z)作FFT变换，得到相应的谱为P(f)及V(f)，则声压信号、振速分量互谱函数为：

Spvi(f)=P(f)Vi*---(1)]]>

符号*表示共轭运算；

采用滑动窗函数对互谱函数做时间平均，对公式1式的互谱作平均，得到平均周期图输出为：

<Spvi(f)>=<P(f)·Vi*(f)>---(2)]]>

<·>表示滑动窗平均周期图；

目标声源相对矢量水听器主响应轴的水平方位α(f)为：

α(f)=arctanRe{<P(f)Vy*(f)>}Re{<P(f)Vx*(f)>}---(3)]]>

步骤三、利用磁方位传感器获得三轴加速度测量值，进行矢量合成获得矢量水听器相对于磁北极的方位角

步骤四、利用步骤二获得的水下待测目标相对于矢量水听器主响应轴的水平方位角α(f)和矢量水听器主响应轴的相对于磁北极的方位角计算出目标方位θ；实现对水下待测目标的定位；

步骤五、根据公式(1)计算出若该值为负，则水下待测目标的深度小于矢量水听器的深度，否则水下待测目标的深度大于矢量水听器的深度；实现对水下待测目标的判别。