[发明专利]基于基频线谱方位角变化率的直升机尺度估计方法及装置

权利要求书

1.一种基于基频线谱方位角变化率的直升机尺度估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S101：矢量水听器获取目标直升机的声压及质点振速信号；对直升机的声压及质点振速进行采样，获取声压及质点振速离散信号序列，对所述声压及质点振速离散信号序列进行FFT变换；在频域上提取直升机旋翼及尾桨的基频，估计直升机旋翼及尾桨的基频信号的方向角；

步骤S102：计算直升机旋翼基频信号的方向角的角度变化斜率、旋翼基频信号的方向角的角度变化斜率的斜率；计算尾桨基频信号的方向角的角度变化斜率、尾桨基频信号的方向角的角度变化斜率的斜率；分别估计直升机旋翼基频信号及尾桨基频信号的方向角的角度变化斜率的极值和其最大值对应的时刻；

步骤S103：基于在频域上提取的基频及估计出的基频信号的方向角，估计直升机航速；

步骤S104：基于直升机旋翼基频信号的方向角变化率最大值及尾桨基频信号的方向角变化率最大值的出现时刻差，以及所述直升机航速，估计直升机旋翼和尾桨的轴距；

所述步骤S103：基于在频域上提取的基频及估计出的基频信号的方向角，估计直升机航速，其中：

实时选择旋翼或者尾桨在频域上提取的基频及估计出的基频信号的方向角，估计直升机航速；

选择尾桨基频f₂(m)和估计出的尾桨的基频信号的方向角α₂(m)作为估计直升机航速的输入，

记从m时刻状态转移到m+1时刻状态的状态转移矩阵为φ，其数学表达如下：

记H_m为m时刻的观测矩阵，将α₂(m)记为a_m，将f₂(m)记为f_m，水中声速记为c_m，m时刻的观测矩阵表示如下：

c_m根据经验取常数；

记P(m)为m时刻卡尔曼估计误差协方差矩阵，P(m-1)为m-1时刻卡尔曼估计误差协方差矩阵；

记P(m/m-1)为m时刻预测误差协方差矩阵，记K(m)为m时刻的增益矩阵；则P(m/m-1)、K(m)、P(m)的计算公式为：

P(m/m-1)＝φP(m-1)φ^T ……(28)

P(m)＝[I-K(m)H_m]P(m/m-1)[I-K(m)H_m]^T+K(m)R(m)K^T(m)……(30)

其中，为m时刻尾桨的基频信号的方向角和频率测量误差的方差，其值通过m时刻获得的尾桨的基频信号的方向角和提取的线谱频率按照均方差公式计算获得，I为单位矩阵；在计算时取：

定义其中x_m为直升机在m时刻在x轴方向的位置分量，y_m为直升机m时刻在y轴方向的位置分量，V_xm为直升机m时刻在x轴方向的速度分量；V_ym为直升机m时刻在y轴方向的速度分量；

获取X(0)的值，并记m-1时刻到m时刻的过程变量为它按照如下公式计算：

式中为m-1时刻X(m-1)的估计值，

利用增益矩阵公式(29)计算得到m时刻的状态预测值K(m)的基础上，对X(m)进行估计，估计值记为则估计公式如下：

式中这里实际为一个序列，其结果序列分别对应xm、ym、V_xm、V_ym的估计值，用和分别表示V_xm和V_ym的估计值，则直升机在m时刻的速度V(m)估计结果为：

所述步骤S104：基于直升机旋翼基频信号的方向角变化率最大值及尾桨基频信号的方向角变化率最大值的出现时刻差，以及所述直升机航速，估计直升机旋翼和尾桨的轴距，包括：

d(m)为直升机的旋翼与尾桨的轴距，当mf₂_max＞mf₁_max时才满足估算要求。