[发明专利]基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法

说明书

本发明涉及一种基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法，针对基于可靠声路径的被动探测方法的不足，提出将单基地主动声纳布置于临界深度以下，利用可靠声路径照射目标并采集目标多途回波，最终获得目标定位结果。本发明的基本原理和实施方案经过了计算机数值仿真的验证，其结果表明：利用本发明所提出的利用可靠声路径的主动定位方法可以在深海环境对目标进行有效定位。

技术领域

本发明属于水声信号处理领域。

背景技术

深海可靠声路径(RAP:reliable acoustic path)是深海声传播的信道之一。RAP出现条件是接收器位于深海，且此处声速大于海面附近声速的最大值，即接收器位于临界深度以下。所谓可靠声路径是指当声源深度大于临界深度时，声传播路径不受近海面效应或海底相互作用的影响，因此与海面附近的海洋环境特性关系较小，传播信号稳定可靠。

RAP为声源定位提供了一个高信噪比环境。主要原因有两个：(1)RAP是目标与水声设备之间的直达路径，因此它对海面散射和海底反射损失不敏感。RAP下的传播损失(TL:transmission loss)比其他路径(如表面反射路径)下的传播损失要小得多。(2)远处噪声源产生的噪声难以到达临界深度以下，使得RAP下的环境噪声级低于深海中的平均环境噪声级。(Rui D,Kun-De Y,Yuan-Liang M,et al.A reliable acoustic path:Physicalproperties and a source localization method[J].Chinese Physics B,2012,21(12):124301.)

由于RAP的低噪声优点，利用其进行定位成为研究的热点方向之一。目前，相关人员多研究在深海放置接收水听器，利用RAP来被动探测位于海面或较浅处的目标。但是，当目标的辐射噪声级较低时，利用RAP进行被动探测的方法面临着接收信号级较弱的问题，导致探测性能下降。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对利用可靠声路径进行被动探测时的缺点，本发明提出一种使用可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法。所提方法采用单个发射换能器和单个水听器(两者组成单基地声纳并位于临界深度以下)，单个发射换能器以一定的垂直开角发射脉冲信号并向上照射目标。单个接收水听器采集目标的多途回波，利用离线计算得到的多途回波与实际采集的多途回波进行匹配处理，获得目标定位结果。

本发明的技术方案是：基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法，包括以下步骤：

步骤一：利用声场软件进行离线仿真，包括以下子步骤：

子步骤一：由单个发射换能器和单个水听器组成单基地声纳系统，该系统位于深海临界深度下；发射换能器发出的线性调频脉冲信号表示为：

其中，f为中心频率，k为调频斜率，τ₀为脉宽，T为发射周期；发射换能器以垂直开角发射线性调频脉冲信号，开角下边界处的声线保证不与海底接触；接收水听器接收目标的多途回波信号，其中多途回波信号包含同时存在的四个经历不同路径到达接收水听器的回波信号；定义发射换能器-目标-接收水听器路径为路径1，定义发射换能器-目标-海面-接收水听器为路径2，定义发射换能器-海面-目标-接收水听器为路径3，定义发射换能器-海面-目标-海面-接收水听器为路径4；利用接收水听器接收到的多途回波信号和以上四个路径的回波信号的信息进行定位；

子步骤二：利用声场软件进行离线仿真：将需要观测的距离-深度空间划分网格；对位于网格中第i个水平距离第j个深度处的目标点(i,j)，利用射线模型离线计算经路径n(n＝1,2,3,4)的回波信号的到达时延τ_n,i,j(n＝1,2,3,4)、幅度A_n,i,j(n＝1,2,3,4)和由海面反射引起的附加相位跳变构造仿真的路径n的回波信号r_n,i,j(t)：