[发明专利]矢量水听器及基于该矢量水听器的多目标方位估计方法

说明书

公开了一种矢量水听器及基于该矢量水听器的多目标方位估计方法。所述矢量水听器包括：声学传感器，用于接收目标信号，所述声学传感器包括多个阵元，所述阵元包括若干个传感器单元；目标方位估计模块，用于将采集到的目标信号进行离散化处理，并建立混合矩阵，建立所述声学传感器面阵中心声强方程，建立环境噪声矩阵，并根据环境噪声矩阵和混合矩阵得到目标信号矩阵，将得到的目标信号矩阵与所述声学传感器面阵中心声强方程进行比较归一化处理，获得目标声压信号的强度矢量信息，从而完成目标信号的方位估计。本公开的矢量水听器测试方法简单、成本低、可实现批量化生产。

技术领域

本公开涉及水声传感技术领域，具体涉及一种矢量水听器及基于该矢量水听器的多目标方位估计方法。

背景技术

水具有较大的比热容和较强的吸热能力，红外技术的应用受到很大限制；由于散射等原因，电磁波的传播距离有限；探照灯在水中的探测距离也仅在数十米范围内，且容易暴露自己，在军事中难以得到应用。声波在水中衰减较小，传播距离较远，且容易隐藏自己。因此，声波成为水下信息传播的重要载体，而声学技术为人们解决水下远距离探测和信息传输的问题提供了可能。

矢量水听器与标量水听器相比可以测量声场中的矢量信息，抑制环境中的各向同性噪声而成为未来的发展方向。因此，测量结果可以更全面、更准确地反映声场的真实情况。目前设计矢量水听器多是采用同振式或声压梯度原理实现的。

中北大学基于同振式工作原理研制的仿生MEMS矢量水听器存在加工精度较低、一致性差、带宽小等问题。哈尔滨工程大学通过采用MEMS工艺加工的压阻式加速度计测试水下矢量信息结果表明水听器在1kHz频率处灵敏度为-194dB(re:1V/μPa)，存在声压灵敏度较低的问题。WilcoxonResearch公司通过正交放置的敏感元件为PZT-PT压电单晶体的加速度计，其是基于声压梯度原理测量声场中的矢量信息，但是其存在PZT含铅，不符合电子产品无铅化的发展趋势。

发明内容

本公开至少一个实施例提供一种基于面阵设计的矢量水听器及基于该矢量水听器的多目标方位估计方法。本公开的面阵声学传感器探头具有体积小、成本低和低频响应特性好和大带宽的特点，在矢量水听器系统中具有较好的应用前景。

本公开的至少一个实施例提供一种矢量水听器，包括：

声学传感器，用于接收目标信号，所述声学传感器包括多个阵元，所述阵元包括若干个传感器单元；

目标方位估计模块，用于将采集到的目标信号进行离散化处理，并建立混合矩阵，建立所述声学传感器面阵中心声强方程，建立环境噪声矩阵，并根据环境噪声矩阵和混合矩阵得到目标信号矩阵，将得到的目标信号矩阵与所述声学传感器面阵中心声强方程进行比较归一化处理，获得目标声压信号的强度矢量信息。

在一些示例中，所述声学传感器为压电式或电容式声学传感器。

在一些示例中，所述声学传感器包括4个或8个或16个按中心对称排列的阵元。

在一些示例中，所述传感器单元为正方形或圆形或正六边形。

在一些示例中，所述阵元的传感器单元按等间距排布。

在一些示例中，所述阵元的所述传感器单元在电学上相互并联。

在一些示例中，所述声学传感器封装在由防水、透声材料制成的外壳中，该材料为与海水或淡水的声学阻抗相同的聚氨酯透声橡胶。

本公开的至少一个实施例提供一种多目标方位估计方法，包括：

利用声学传感器采集被测水下信号，所述声学传感器包括多个阵元，所述阵元包括若干个在电学上相互并联传感器单元；

对采集到的信号进行离散化处理，获得每个采样点的幅值；