[发明专利]一种基于分布式垂直线列阵的海上目标运动分析方法

说明书

本发明涉及一种基于分布式垂直线列阵的海上目标运动分析方法，通过布放多个垂直线列阵，目标进行匀速直线运动，在垂直线列阵可测知运动目标距离的情况下，通过分布式垂直线列阵，联合实现对目标的测速和定向功能。本发明适用于所有能实现对目标距离、深度估计的水听器(阵)。应用场景包含所有可以实现本方法的浅海和深海环境。解决垂直线列阵不具备水平方向上的定向能力的缺陷，从而实现对运动目标的测向、测距、测速等功能。

技术领域

本发明属于海上目标探测和跟踪方法，属于水声工程、海洋工程和声呐技术等领域，涉及一种基于分布式垂直线列阵的海上目标运动分析方法。

背景技术

海上目标定位和跟踪一直是水声工程研究的热点，其主要内容包括目标定向、测距、测速等。随着海洋战略发展的加速，海上预警和探测无疑是未来海洋战略发展的重要部分。对于海面目标的探测主要以雷达探测、卫星监测为主，该方面的技术目前已经较为完善，而对于水下目标的探测则一直是工程实际中较难解决的问题，其探测手段主要为声呐，包括吊放声呐、声呐浮标等各种形式的主被动声呐。

关于水下目标运动分析的问题国内外学者也已经有过大量的研究，主要涉及以下几类：(1)纯方位目标运动分析，该方法只利用了目标的方位信息，通过对目标方位的长时间连续跟踪实现对目标的定位，或利用多个声呐平台联合实现目标的定位追踪；(2)时延差目标运动分析，该方法利用多声呐平台接收目标的信号时延差信息，实现对目标的定位和跟踪；(3)信号比幅定位法，该方法利用各声呐接收到目标的信号大小比值等信息实现对目标的定位；(4)单声呐阵的匹配定位方法，该类方法利用单基地的声呐阵，通过信号到达角、时延信息等进行目标位置的匹配计算，通常应用于深海环境。对目标的连续定位或目标运动参数的持续更新则为跟踪问题。

垂直线列阵作为海上工程和实验中应用最多的声呐阵型之一，一直都是目标探测的主要研究阵型。垂直线列阵的特点是系统简约、布放简单、价格经济、孔径较大，近些年研究者提出了许多基于垂直线列阵的目标定位方法，尤其是在深海海域，垂直线列阵可以很好地利用深海信道的一些特征，实现目标的探测和定位。这些方法中多数以实现目标的距离-深度的二维信息估计为主。由于垂直线列阵不具备水平方向上的定向能力，所以对目标的定向以及目标运动速度的估计是垂直线列阵的缺点。那么通过增加垂直线列阵的数量就可以弥补定向和测速的缺陷，从而实现对运动目标的测向、测距、测速等功能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于分布式垂直线列阵的海上目标运动分析方法，在默认垂直线列阵已探测得知目标的距离和深度的基础上，只对目标的运动速度和运动方向进行估计。本方法适用于目标为匀速直线运动的情况。

技术方案

一种基于分布式垂直线列阵的海上目标运动分析方法，其特征在于：在某海域布置多个垂直线列阵，海上目标运动分析步骤如下：

步骤1：当任一个垂直线列阵探测到目标并实现测距时，以该垂直线列阵所在位置为坐标原点，正东方向为x轴方向即0°方向，正北为y轴方向建立坐标系；目标初始出现距离为r₀，目标初始方向为θ，且目标沿方向角a以速度v进行匀速直线运动；

目标的初始位置为(r₀·cosθ,r₀·sinθ)，目标位置随时间t的变化为(r₀·cosθ+v·cosa·t,r₀·sinθ+v·sina·t)，根据声呐探测到的目标距离r如下：

由于已知，则未知参数可视为只有v,cos(θ-a)，令Q＝v²，P＝2r₀vcos(θ-a)，则：

取n组已测得数据，其中：n≥3；

令得方程组：