[发明专利]运动目标的声学跟踪方法及装置

说明书

本发明公开了一种运动目标的声学跟踪方法，其步骤包括：利用声传感器阵列同步接收运动目标发出的声音信号，按同样的时间间隔且时间同步地对所有信号均匀分段；在每一段时间间隔内，对其他路信号与基准信号的TDOA和SDOA值进行估计；建立目标运动方程和传感器观测方程；对于初始时刻运动参数，我们通过先验值获得或采用极大似然估计方法依次对目标坐标和速度矢量进行估计得到，对于后续时刻运动参数的估计，我们根据目标运动方程和传感器观测方程，采用贝叶斯递推估计算法来实现。本发明还公开了一种运动目标声学跟踪装置，包括传声器阵列、数据采集模块、数据处理模块。

技术领域

本发明属于无线测量和声学领域，涉及声学测量技术和声探测技术，尤其涉及一种利用运动目标发生的声音来对目标进行定位跟踪的方法。

背景技术

目前，对于运动目标的定位和跟踪，主要采用其发射或反射的电磁波信号即通过雷达来完成。随着现代电子技术以及各种新型光电集成元器件的使用，雷达技术在目标定位和跟踪方面得到了广泛应用。然而，随着各种反雷达技术的快速发展，对雷达的“威胁”也日益增加。例如，目前日益成熟的电子侦查和电子干扰技术，各种超低空飞行的飞机和导弹，使雷达散射面积成百上千倍减少的隐身飞行器，快速反应的高速反辐射导弹，在对雷达技术应用范围构成限制的同时，也对雷达技术本身提出了越来越高的要求。

近年来，随着新探测技术的发展，基于声信号的探测和定位技术作为解决雷达技术缺陷的备选方案之一，得到了广泛关注。声探测技术是利用声学与电子装置接收目标发出的声波以确定目标位置和类型的一种技术。声探测技术与其他电子、雷达探测技术相比，具有以下优势：

(1)声探测技术完全采用被动式工作原理，不易被敌方电子侦察设备发现和摧毁，隐蔽性强；

(2)声探测技术不易受到电磁波的影响，可以在复杂电磁环境下工作，具有抗电磁干扰能力；

(3)声探测技术对低空、地面、海面目标也有效，而这三类目标是雷达探测的盲区。

基于声探测技术的以上优点，本发明对利用声信号跟踪运动目标的问题进行了研究，提出了一种运动目标的声学跟踪方法及装置。低空运动目标、地面及海面运动目标是雷达探测的盲区，同时这些运动目标所发出的声音也在声音传感器(简称声传感器)即传声器的接收范围之内，因此这里主要对这三类运动目标进行定位跟踪。本发明通过估计目标运动参数完成对目标的跟踪，某时刻的目标运动参数是指该时刻的目标位置坐标以及速度矢量和加速度，目标运动轨迹是通过各个离散时刻的目标运动参数通过一定的数据处理例如航迹平滑得到的。根据目标的具体运动特征，可以灵活选择运动参数。

对于运动目标来说，当其运动速度大于声速时，其目标声音传播慢于实际目标，此时将产生激波现象，导致声源点与目标不再位于同一点上。本发明限定目标的运动速度小于声速，即对低于声速的运动目标进行跟踪。

发明内容

为了提高隐蔽性，这里采用被动跟踪体制，即只通过接收运动目标发出的声音来完成定位及跟踪，本发明所用的声学设备只是接收目标的声音，而本身不发出声音。传声器是一种将声信号转换为电信号的换能器件，按其接收声波的方向性，可分为无指向性传声器和有方向性传声器两种。这里采用N(N≥3)个无指向性传声器来跟踪运动目标。运动目标发出的声音主要来自于其发动机的振动噪音或运动过程中其外表面与空气摩擦发出的声音，具有不规则的信号形式，在对其进行跟踪和定位以前难以获知其声信号形式。

在自由空间中，声音的传播是无方向性的，同时其信号功率随着距离而衰减，因此声音的接收范围是有距离限制的。由于声音接收范围的限制，本发明所跟踪的目标主要是低空运动目标或地面运动目标，其发生的声音传播服从低空声场特性。基于声音传播的低空声场特性，对声音传播做出如下假设：

(1)声音传播距离远大于目标即声源尺寸，声源被看做点声源，声波被看做球面波；