[发明专利]一种三元矢量阵被动测距方法

说明书

本发明公开了一种三元矢量阵被动测距方法，所述方法包括：对三个矢量水听器：H1、H2和H3输出的信号进行时域滤波，然后选取两个矢量水听器，根据两个阵元输出的声压通道时域滤波输出计算时延估计，从而估计目标方位θ_P；根据目标方位θ_P完成矢量阵合成，输出每个矢量组合，从而计算H1和H2及H1和H3的互相关输出；对互相关输出进行滤波；将频带进行划分，对各频带的滤波后的互相关输出进行融合；根据融合结果，计算时延估计，完成目标的方位和距离估计。本发明的方法能够更加充分应用声场信息，提高时延估计精度，从而最终提高被动测距的精度；而且本发明的方法运算量少，具有很强的实用性。

技术领域

本发明属于水声信号处理领域，具体涉及一种三元矢量阵被动测距方法，该方法能够改进被动测距的精度。

背景技术

目前发展起来的被动测距声纳主要有3种类型：三元阵测距，目标运动分析(TMA)和匹配场处理(MFP)。

目标运动分析(TMA)是目前技术上较为成熟的一种远程测距方法，常用的是纯方位TMA，要求较高的方位测量精度和精确已知的本艇航迹。在实际中，获取本艇的机动行为不一定是方便的，因为它有可能暴露自身，有时甚至是不被允许的，这与被动定位的目的是相矛盾的。解决这一矛盾的方法是增加新的观测量，如频率、到达时间和时延等。研究显示，这些方法在观测数据较少时，距离的估计误差较大；当观测的数据窗增大，距离的估计质量明显提高，即适用于观测时间较长的场合。

匹配场处理(MFP)，该方法充分利用了声源、信道和环境等一切可利用的信息资源，其基本原理是：采集水听器测得的声场数据，选择一个有关输入参数(如声速)已知的传播模型，利用这一模型对选定的不同侯选距离和深度计算声源所产生的相应声场，之后使测量场与拷贝场有效地互相关，呈现最大相关的侯选距离和深度，就是该声源的距离和深度。目前MFP还处于研究阶段,测距性能对海深、声速剖面、海底声学参数及水听器深度极为敏感，对海洋声学环境参数的预估精度要求很高，仍有一些技术尚待攻克。

三元阵测距法，它利用球面波或柱面波的波阵面曲率的变化，通过测量各阵元的相对时延，估计目标的距离和方位，测距精度与时延估计精度、目标距离、方位、基阵孔径、基阵安装精度等因素有关，其中时延测量精度是关键。随着距离的接近，波阵面曲率的变化越来越大，时延的测量精度即测距的精度也越来越高，容易实现对近程快速目标的高精度跟踪，这对提高近身作战能力具有重要义。

众所周知，声波兼有标量场和矢量场，传统的声压水听器仅利用了其声压信息(标量场)。矢量水听器，又称组合传感器，由传统的无指向性声压水听器和具有与频率无关的偶极子自然指向性的质点振速水听器组合而成，它可以空间共点、时间同步测量声场中的声压(标量场)和振速(矢量场)信息。而更多的信息量必然带来更好的信号处理效果。

三元阵被动测距法对时延测量精度要求非常高，而时延估计精度和信噪比关系非常大。传统的三元阵只使用声场的声压信息，导致时延测量精度不高，从而影响测距精度。

发明内容

本发明的目的在于，克服目前三元阵被动测距方法中只使用声场的声压信息导致的上述问题，提出了一种三元矢量阵被动测距方法，该方法充分利用声场的振速信息，提高时延估计输入信号的信噪比，提高了时延估计的精度，从而提高了测距精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三元矢量阵被动测距方法，所述方法包括：对三个矢量水听器：H1、H2和H3输出的信号进行时域滤波，然后选取两个矢量水听器，根据两个阵元输出的声压通道时域滤波输出计算时延估计，从而估计目标方位θ_P；根据目标方位θ_P完成矢量阵合成，输出每个矢量组合，从而计算H1和H2及H1和H3的互相关输出；对互相关输出进行滤波；将频带进行划分，对各频带的滤波后的互相关输出进行融合；根据融合结果，计算时延估计，完成目标的方位和距离估计。

上述技术方案中，所述方法具体包括：