[发明专利]一种二维声呐基阵运动姿态自校准方法

权利要求书

1.一种二维声呐基阵运动姿态自校准方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：选取二维基阵的三顶点位置处的接收基元，对接收到的回波信号进行脉冲压缩处理，选取探测区域的三个“声亮点”目标，分别估计目标至顶点位置处的整数倍时延以及小数倍时延，计算目标斜距；

系统选取线性调频信号作为探测信号，发射信号为：

其中，N为发射信号脉宽，f₀为信号中心频率，f_s为系统采样率，n为采样序号；接收信号时延点数表示为t+Δt，其中整数倍时延点数t由相关峰计算得到，接收信号形式为：

经脉冲压缩处理后的相关函数表示为：

对互相关信号R(m)提取出其相位P，则在m＝N时刻的时延点数估计残差有如下关系：

求解一元二次方程根可得时延估计残差点数Δt，即为小数倍时延：

步骤二：利用获得的目标斜距以及二维基阵的接收孔径，根据几何关系建立非线性超定方程组并构造目标函数，通过梯度法求解非线性超定方程组的最小二乘解；

步骤三：根据上述步骤中获得的最小二乘解估计出基阵的几何中心及其四顶点坐标，从而计算基阵的平移误差；

步骤四：利用系统旋转矩阵和上述步骤中估计得到的顶点坐标和平移误差，再次建立非线性超定方程组，通过求解获得基阵的姿态误差，从而联合估计系统六自由度运动误差。

2.根据权利要求1所述的一种二维声呐基阵运动姿态自校准方法，其特征在于：步骤二具体为：利用获得的目标斜距以及二维基阵的接收孔径，根据几何关系建立非线性超定方程组；基于“声亮点”的运动误差自校准方法利用上一次基阵所在位置估计当前基阵所在位置，因此首先估计独立亮点目标到基阵三顶点位置的时延；设定探测区域存在三个独立亮点E(x₁,y₁,z₁)，F(x₂,y₂,z₂)和G(x₃,y₃,z₃)，载体初始位置P₀处选取三个位置已知的顶点A₀(x₀₁,y₀₁,z₀₁)，B₀(x₀₂,y₀₂,z₀₂)和C₀(x₀₃,y₀₃,z₀₃)，载体偏移位置P₁处选取三个位置需要估计的顶点A₁(x₁₁,y₁₁,z₁₁)，B₁(x₁₂,y₁₂,z₁₂)和C₁(x₁₃,y₁₃,z₁₃)，二维基阵航迹向实孔径d_y和水平向实孔径d_x已知；

在载体初始位置P₀处，根据相关函数确定载体在偏移位置P₁处时亮点E至A₁、B₁和C₁三顶点处的距离和并且有距离关系式：

对于亮点E和F也具有关系式：

对于二维面阵结构的接收阵，其任意三顶点位于直角三角形上，有如下关系：

根据上述建立关系方程组F(ξ)为：