[发明专利]一种利用分段式垂直阵实现深海中距目标测距及定深方法

说明书

本发明公开了一种利用分段式垂直阵实现深海中距目标测距及定深方法，与目前常见其他深海被动目标测距与定深方法相比，本发明无需经过复杂运算来获取精确的声场结构特征，而是仅利用了深海声速剖面信息，从而依据声互易性原理和分层介质折射效应原理，通过斯涅尔定律以波束形成和关联处理得到的入射角作为输入，通过递推的方法求得对应的目标声线，进而由分布在不同深度的垂直阵数据处理结果进行融合，可以较准确地对中距离目标进行测距和定深。该方法具有实现代价较低，计算量小，实时性强，通过仿真数据处理分析验证，对不同距离‑深度的目标均具有一定的测距和定深能力。

技术领域

本发明涉及属于深海被动测距与定深技术范畴，主要是一种利用分段式垂直阵实现深海 中距目标测距及定深方法。

背景技术

深海中潜标垂直阵用于进行目标检测和定位是实现远程无人警戒网络需要突破的关键节 点技术，通常采用的方法有通过匹配场定位技术、基于目标运动特性分析的目标航迹融合推 断技术等等，然而前者对环境参数要求高且运算量大，不适用于长期布放在水下的自主探测 节点，后者只能针对目标按一定规则持续运动且在深度上出现较大变化态势的特定情形下， 通过与运动方程耦合获得近似解。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种利用分段式垂直阵实现深海中 距目标测距及定深方法，本方法采用了一种分段式的垂直阵，通过波束形成技术和基于Snell (斯涅尔)定律的声线逆推技术可以获取中距目标的距离与深度信息，可以应用于深海潜标、 深海固定式基阵/传感器警戒与搜救网络等情形中。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种利用分段式垂直阵实现深海中距目标 测距及定深方法，包括以下步骤：首先需要结合分段式垂直阵进行波束形成处理得到的目标 空-时-频特征进行关联，获得同一个目标在不同深度垂直阵的入射角信息；然后，在通过温 深密度传感器采集得到的声速剖面数据前提下，基于声互易性原理，依据反映声线折射效应 的斯涅尔定律对波束入射角进行声线逆推，获得声源传播至不同深度垂直阵接收端的两条声 线轨迹，声线的相交处即可近似为目标距离与深度估计值。

所述的分段垂直阵即由共缆异深的两段或多段垂直阵构成，每段垂直阵均具有独立的俯 仰波束角度分辨能力。

更进一步的，主要包括以下步骤：

(1)深海声速剖面数据采集：通过温深密度传感器采集得到深海测量位置处声速随深度 变化的声速剖面结果ssp(d)，其中d＝0,h,2h,…，h表示深度采样间隔；

(2)波束形成：分别对布放在深度D₁和D₂处的垂直阵数据X₁、X₂进行波束形成处理，获得相应的窄带波束谱Spec₁、Spec₂，Spec₁＝(VHX₁)^H(V^HX₁)，Spec₂＝(VHX₂)^H(V^HX₂)， 其中V＝exp(-j2πflcos(θ)/c)，f表示频点集合，l表示垂直阵相邻阵元间距，c表示垂直阵 观测深度处的声速，θ表示波束搜索俯仰角，且波束搜索角度范围为0°～180°；

(3)特征关联：基于步骤(2)中所得的波束谱Spec₁和Spec₂进行空-时-频特征关联得到 目标在深度D₁和D₂处的垂直阵上的入射方向角度和