[发明专利]一种多目标水声定位时延估计算法有效

专利信息
申请号: 201910103931.7 申请日: 2019-02-01
公开(公告)号: CN109814094B 公开(公告)日: 2021-01-26
发明(设计)人: 李记龙;冯海泓;黄敏燕 申请(专利权)人: 中国科学院声学研究所东海研究站
主分类号: G01S7/52 分类号: G01S7/52;G01S15/06
代理公司: 上海汉声知识产权代理有限公司 31236 代理人: 胡晶
地址: 201815 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 多目标 定位 估计 算法
【说明书】:

发明公开了一种多目标水声定位时延估计算法,包括单目标的相关包络函数峰值检测和多目标分类识别算法。该算法采用先进复杂的正交编码技术,完成多目标的地址编码,实现水下多目标的分类;采用宽带时延估计技术,提高了时延估计的精度。该算法以匹配滤波算法为核心,采用了信号的三个特征完成了多目标信号检测和识别,它们分别是信号短时能量比、单目标相关峰包络比和多目标相关峰包络比,提高了在复杂水声衰落信道下的多目标系统时延估计准确性和可靠性。

技术领域

本发明属于水声定位技术领域,尤其涉及一种多目标水声定位时延估计算法。

背景技术

伴随着新型海洋技术的发展,大量的水面舰船和水下航行器被布放在相同的海域,水下多目标的定位导航技术成为迫切的需求。在水声定位领域,定位精度受到基阵的安装误差、时延估计误差和声速误差等参数的影响。其中,在时延估计技术领域,有窄带时延估计技术和宽带时延估计技术,基于宽带信号的时延估计技术有更高的测时精度,为高精度的水声定位提供了理论基础。

虽然在无线电定位通信系统中,目前已有的算法能够相对精确地估计时延,但是水声信道是时分快速衰落信道,多普勒频移严重、可利用带宽窄和复杂多变的强多途信号干扰;同时水声信道中还伴有海洋环境背景噪声和船舶等的各种航行噪声。这些不确定的信道特性引起了接收信号幅频特性的畸变,导致了时延估计的精度和准确性急剧下降。

线性调频信号(Linear Frequency Modulation Signal,LFM),具有较大的时宽带宽积;匹配滤波后的输出信号对回波信号的多普勒频移不敏感,具有较好的距离分辨率和径向速度分辨率,在单目标定位系统中得到广泛的应用。但是在多目标定位导航系统中,与LFM信号正交的参考样本太少,满足不了多目标的定位需求。

发明内容

为了解决水下多目标的定位导航难题,本发明提出了一种多目标水声定位时延估计算法。

本发明所采用的技术方案是:

一种多目标的水声定位时延估计算法,包括:

步骤1,接收信号分帧、加窗预处理,计算与已知多目标样本信号的广义互相关信号,得到每个单目标包络信号,并计算出在[t0-τ,t0+τ]的时间范围内的多目标相关器极大值Amax

步骤2,确定时间搜索门限Tht1,计算每个目标的相关包络信号的极大值;确定时间回溯窗Tht2,当前时刻t0的包络与t0-Tht2时刻的包络比值满足理论设定门限时,满足包络直达声峰值检测条件,根据定位距离和环境噪声确定门限值;

步骤3,接收信号分帧,计算每帧信号的短时能量,当步骤2的信号能量与后一帧的信号能量比满足理论设定门限时,满足包络短时能量比检测条件,根据信道衰落导致信号能量起伏确定门限值;

步骤4,单目标在时刻t0的包络与多目标相关器的极大值满足理论设定门限时,满足多目标联合包络检测条件,根据信道引起不同目标定位信号能量的衰落确定门限值;

步骤5,接收信号在多目标相关器检测时,同时满足步骤2-4的判断条件后,确定时刻t0,精确估计出每个目标对应信号的时延,否则更新噪声值,继续检测。

较佳的,所述步骤1进一步包括:

步骤11,接收信号与已知样本信号的互相关运算,计算公式为其中y(n)是已知的参考样本,x(n)是信号采集样本序列,*表示复共轭,N是每帧数据的长度;

步骤12,相关信号R(m)的Hilbert变换,得到信号的虚部

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