[发明专利]基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法及系统

说明书

本发明公开了基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法及系统，该方法包括：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逆傅里叶变换，从得到的各阵元时域格林函数提取目标多径相对入射时间，然后通过解卷积处理方法，计算得到目标多径入射角；根据目标多径入射角计算得到阵不变量；根据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。本发明实现了浅海小孔径水平阵条件下稳健无源被动定位，在计算量未显著增加的情况下，获得了更高的被动定位精度。

技术领域

本发明涉及被动声纳系统领域，水下目标被动定位领域，尤其涉及基于空域解卷积处理的浅海水平阵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等。现有技术在解决浅海水平阵被动定位方面存在精度低和鲁棒性差等问题。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

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法及系统。在阵不变量的方法的基础上，在未大幅增加计算量的情况下，实现了更高精度的定位。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法，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逆傅里叶变换，从得到的各阵元时域格林函数提取目标多径相对入射时间，然后通过解卷积处理方法，计算得到目标多径入射角；

根据目标多径入射角计算得到阵不变量；

根据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轴坐标；

位于r_n＝(0,y_n,z₀)的第n个阵元的接收信号频谱P_n(ω)为：

其中，y_n为第n个阵元在y轴的坐标值，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)为目标声源的相位分量，S(ω)为目标声源信号s(t)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)：

其中，ω为角频率，φ为水平方位角，T_k为第k条入射路径的入射时间；