[发明专利]基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法及系统

说明书

本发明公开了基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法及系统，所述方法包括：使用N元水平均匀线阵，接收水下声场中目标声源的辐射信号，通过对水听器采集的声压信号频谱分析，得到每个阵元的接收信号频谱；根据接收信号频谱，通过盲解卷积计算得到频域格林函数的估计值；对频域格林函数的估计值进行二维解卷积处理，得到时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间；根据时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间计算得到阵不变量；由阵不变量计算得到目标声源的距离，从而实现对目标声源的定位。本发明的方法显著提高了被动目标定位精度，既可用于水平阵，也可用于垂直阵，在小孔径移动水平阵情况下，优势更加凸显。

技术领域

本发明涉及被动声纳系统领域，特别水下目标被动定位领域，尤其涉及基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法及系统。

背景技术

水下目标被动定位是被动声纳的关键功能之一，也是实现后续定位跟踪等功能的基础。被动定位方法有传统三阵元法，匹配场处理、基于波导不变量的方法、基于机器学习的方法和基于阵不变量的方法等。基于阵不变量的方法由于其环境敏感度低，可以在较小时间窗内实现定位和计算量较低等诸多优势，近些年受到了广泛的关注。

发明内容

针对现有技术复杂浅海条件下被动定位精度低的问题，本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提出了基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法，所述方法包括：

使用N元水平均匀线阵，接收水下声场中目标声源的辐射信号，通过对水听器采集的声压信号频谱分析，得到每个阵元的接收信号频谱；

根据接收信号频谱，通过盲解卷积计算得到频域格林函数的估计值；

对频域格林函数的估计值进行二维解卷积处理，得到时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间；

根据时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间计算得到阵不变量；

由阵不变量计算得到目标声源的距离，从而实现对目标声源的定位。

作为上述方法的一种改进，所述使用N元水平均匀线阵，接收水下声场中目标声源的辐射信号，通过对水听器采集的声压信号频谱分析，得到每个阵元的接收信号频谱；具体为：

N元水平均匀线阵位于y轴，其中心阵元位置为(0,0,z₀)，z₀为中心阵元在z轴的坐标；

计算位置为r_n＝(0,y_n,z₀)的第n个阵元的接收信号频谱P_n(ω)：

其中，y_n为第n个阵元在y轴的坐标值，ω为角频率，G(r_n,r_s,ω)为位于r_s的目标声源和n个阵元之间的格林函数，1＜n＜N，Φ_s(ω)为目标声源信号的相位分量，S(ω)为目标声源信号的频谱：

作为上述方法的一种改进，所述根据接收信号频谱，通过盲解卷积计算得到频域格林函数的估计值；具体为：

对接收信号频谱P_n(ω)进行常规波束形成，计算得到波束形成结果F(ω,φ)：

根据F(ω,φ)计算波束能量结果，由波束能量结果的最大值得到波束形成结果的相位ψ(ω,φ)：

ψ(ω,φ)＝Φ_s(ω)-ωT(θ_k,φ)