[发明专利]基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位与跟踪方法

权利要求书

1.一种基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位方法，其特征在于所述方法利用波浪滑翔器组网技术的水下定位系统来实现，所述的水下定位系统包括集控中心和K个网络节点，其中K≥1，一个网络节点包括搭载声学探测水听器阵的波浪滑翔器、GPS、卫星通信模块、姿态仪、罗经；声学探测水听器阵连接在波浪滑翔器的下方，GPS、姿态仪与罗经集成在声学探测水听器阵上；卫星通信模块为单个节点提供PPS秒脉冲、同步时钟以及双向通信能力，姿态仪与罗经确定声学探测水听器阵自身姿态与方向；单个网络节点具备水下声学目标信号检测与信号到达方位估计能力，K个节点将各自检测到的水下目标信号特征频谱与方位信息以及相应的时间戳信息、当前节点声学探测水听器阵位置信息一并通过卫星通信模块发送到集控中心；集控中心将K个节点信息融合，根据数据融合结果对各节点轨迹运行轨迹进行规划，各节点初始位置按照网格化平均分布，节点轨迹规划具体方法如下：

1)集控中心根据各节点回传信息首先计算各节点信号能量E_k；

2)对各节点的信号进行相关性检测，根据相关性计算有效节点数k；将相关的多个节点中能量最大节点定为当前时刻“中心点”，将所有节点能量以“中心点”为最大值进行归一化，获得归一化相关节点能量将相应节点的归一化能量大小定义为当前节点的权重w_k；

3)判断有效节点数是否大于等于4；如果有效节点数大于等于4，则保持目前编队与运行轨迹；

4)有效节点数小于4，计算有效节点“重心”；考虑到各节点深度信息接近，只考虑水平位置，建立二维直角坐标系；各节点初始位置按照网格化均匀分布，两个方向的间距均为L，节点编号从1～K,第k个节点的坐标位置为k(x_k,y_k)；当前时刻重心计算如下

5)根据前序重心位置提取重心移动轨迹，重心移动轨迹反应了目标运动趋势，如果当前未能获得重心运行轨迹，则保持目前编队继续运行；

6)能够判断出重心移动轨迹后，集控中心对所有节点进行轨迹控制、调整；以中心节点为中心，半径1.5L范围内的节点以重心移动方向为主方向，同时向中心点靠拢；这一部分节点运行轨迹调整的上限为各节点之间的安全距离，这一距离由波浪滑翔器的控制精度与水下拖曳声学探测水听器阵的长度共同决定，节点之间运行轨迹的最小距离为二者之和；中心点半径1.5L以外的节点按照重心移动方向运行，保持距离，以应对目标机动造成的跟踪失效，L与步骤4)中的L意思相同；

7)运行过程中同时进一步计算各节点能量，判断有效节点数是否增加并且大于等于4；如果满足条件，则保持目前的编队，以重心移动方向统一运动；如果不满足条件，继续按照步骤4)、5)、6)计算、调整，指导满足条件为止，结束节点路径规划，保持编队阵型，更新L，进入下一步，L与步骤4)中的L意思相同；

8)持续接收目标信号并回传，集控中心根据多个有效节点获得的目标信号到达角度信息，利用三角定位或双曲线定位方法估计目标当前位置，作为当前位置P₀。

2.根据权利要求1所述的一种基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位方法，所述单个网络节点，声学探测水听器阵通过波浪滑翔器水下牵引机拖曳，中间采用由浮子和铅坠组成的“M”型缓冲拖曳缆，拖曳缆至少采用2～3节浮子与铅坠，以降低波浪滑翔器前进过程中的不连续运动导致声学探测水听器阵抖动引入的流噪声以及其他机械噪声；GPS集成于波浪滑翔器水面船体上；姿态仪与罗经集成于声学探测水听器阵之上；声学探测水听器阵与水下牵引机之间的距离根据水下牵引机本体噪声级进行调整，确保水下牵引机舵机、翼板旋转的机械噪声不被声学探测水听器阵接收到。

3.根据权利要求1所述的一种基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位方法，所述的步骤6)中同时向中心点靠拢的方法为：将各节点与中心点连线，指向中心点获得一个运行矢量；取该矢量与重心运动矢量的平均作为区域内节点运动的方向。

4.根据权利要求1所述的一种基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位方法，声学探测水听器阵可采用8元或多元、多条平行布放的线阵、“复合双椭球螺旋线阵”、圆球阵或圆柱阵，只要声学探测水听器阵具备空间三维角度估计能力即可。