[发明专利]一种结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法

权利要求书

1.一种结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法，该方法基于单船作业，利用船上悬挂的标准水听器实现，所述方法包括：

从水听器的接收信号中分别估计直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间、声弹爆炸的冲击波峰值和一次气泡脉动的周期；

以直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间、声弹爆炸的冲击波峰值和一次气泡脉动的周期的理论值为参数，结合估计值设计代价函数；

确定声源深度、声源与接收阵水平距离、海深三个参数的搜索范围，由此确定搜索空间；

在搜索空间内，计算不同位置处爆炸声源对应的水听器的直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间的理论值，接收到的冲击波峰值和一次气泡脉动周期的理论值，由此得到对应的代价函数值；

在搜索空间内，搜索代价函数值的最小值，根据其对应的声源深度和声源与接收阵水平距离确定爆炸声源的位置；

所述确定声源深度、声源与接收阵水平距离、海深三个参数的搜索范围，由此确定搜索空间；具体包括：

爆炸声源爆炸深度与气泡脉动周期以及当量关系为：

T₁＝K₁w^1/3/(z+10.1)^5/6×1000

其中，w为声弹当量，T₁为第一个气泡脉动的周期，K₁＝2.11，z为爆炸深度；

根据水听器阵元接收到的信号得到的一次气泡脉动周期T，代入上式，计算得到爆炸深度z₀，以z₀为中心，选取[0，2z₀]作为声源深度D的搜索范围；

海深H的搜索范围和声源与接收阵水平距离R的搜索范围根据经验值确定。

2.根据权利要求1所述的结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法，其特征在于，所述代价函数为：

f(dt₁,dt₂,dt₃,dt'₁,dt'₂,dt'₃,T,T',P,P')

＝|(dt₂-dt₁)-(dt'₂-dt'₁)|+|(dt₃-dt₁)-(dt'₃-dt'₁)|+100×|P-P'|+|T-T'|

其中，dt₁、dt₂、dt₃、P和T为从水听器的接收信号中估计的直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间、声弹爆炸的冲击波峰值和一次气泡脉动的周期；dt'₁,dt'₂,dt'₃分别为dt₁,dt₂,dt₃对应的理论值；P'和T'分别为P和T的理论值，这五个理论值与声源深度D、声源与接收阵水平距离R和海深H相关。

3.根据权利要求1所述的结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法，其特征在于，所述dt'₁,dt'₂,dt'₃的计算过程为：

对于不同海深H，声源与接收阵的不同水平距离R和不同声源深度D，使用水声传播模型计算直达声到达水听器的时间dt'₁，海面一次反射声到达水听器的时间dt'₂，海底一次反射声到达水听器的时间dt'₃。

4.根据权利要求3所述的结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法，其特征在于，所述T'和P'的计算过程为：

计算一次气泡脉动周期T'：

T'＝K₁w^1/3/(D+10.1)^5/6×1000

其中，w为声弹当量，K₁＝2.11；

根据爆炸点距接收的等效距离与冲击波峰值之间的关系计算冲击波峰值P'：

P'＝53.3(w^1/3/R)^1.13。