[发明专利]一种基于多途特征匹配的单矢量水听器声源深度估计方法

权利要求书

1.一种基于多途特征匹配的单矢量水听器声源深度估计方法，通过将单矢量水听器布放在深海大深度位置实现，所述方法包括：

接收目标辐射的宽带声压和三分量质点振速的时域信号，处理时域信号获得x、y和z三个方向的声能流和去均值后的声场强度谱；

利用x方向和y方向的声能流估计目标方位角并合成水平声能流；由z方向的声能流和水平声能流的比值计算目标到达角的估计值；

利用谱分析对去均值后的声场强度谱进行二重谱分析，获得多途时延估计值；

根据目标到达角的估计值结合声速剖面计算该到达角下不同声源深度对应的多途时延模板值；计算多途时延估计值与不同声源深度下的多途时延模板值的差值，将差值最小的多途时延模板值对应的深度作为目标声源深度估计值。

2.根据权利要求1所述的基于多途特征匹配的单矢量水听器声源深度估计方法，其特征在于，所述接收目标辐射的宽带声压和三分量质点振速的时域信号，处理时域信号获得x、y和z三个方向的声能流和去均值后的声场强度谱，具体包括：

采集近海面宽带目标声源发出的声压时域信号p(t)和三分量质点振速时域信号v_x(t)、v_y(t)和v_z(t)，其中，t为时间，x、y和z为单矢量水听器内部定义的互相垂直的三个方向，z方向垂直于海平面；信号单次采集长度为1s-10s，信号的采样率为f_s，取值范围100Hz-10kHz；

利用快速傅里叶变换对声压时域信号p(t)和三分量质点振速时域信号v_x(t)、v_y(t)和v_z(t)进行处理，得到频点f_i处的声压信号频谱P(f_i)、x方向质点振速信号频谱V_x(f_i)、y方向质点振速信号频谱V_y(f_i)和z方向质点振速信号频谱V_z(f_i)，i＝1,2,…L；f₁和f_L为选用频率范围的上下界；L为频点的个数；

利用下式计算得到x、y和z方向上的声能流I_x、I_y和I_z：

式中上标*表示复共轭算符，符号表示取数据实部；

利用下式获得频点f_i处去均值后的声场强度谱I₁(f_i)：

3.根据权利要求2所述的基于多途特征匹配的单矢量水听器声源深度估计方法，其特征在于，利用x方向和y方向的声能流估计目标方位角并合成水平声能流；由z方向的声能流和水平声能流的比值估计出目标到达角；具体包括：

由x方向和y方向的声能流，计算目标方位角

由x方向、y方向的声能流及目标方位角，合成水平声能流I_r：

由水平声能流I_r和z方向声能流，计算目标到达角

其中，目标到达角取值范围为0-90度。

4.根据权利要求3所述的基于多途特征匹配的单矢量水听器声源深度估计方法，其特征在于，所述利用谱分析方法对去均值后的声场强度谱进行二重谱分析，获得多途时延估计值；具体包括：

对去均值后的声场强度谱I₁(f_i)沿频率轴进行谱分析，获得到达时延谱Q₁(τ_j)，τ_j为到达时延，谱分析采用快速傅里叶变换或多重分类算法；

到达时延谱Q₁(τ_j)的最大值对应的时延为直达波和海面反射波的到达时延估计值