[发明专利]一种基于辅助传感器的水平悬浮阵实时阵列形状估计方法有效

专利信息
申请号: 202110155292.6 申请日: 2021-02-04
公开(公告)号: CN113009491B 公开(公告)日: 2022-10-18
发明(设计)人: 王俊;车宗伦;张杨;胡正良;徐攀;吴艳群;张兵兵;朱靖;徐志明 申请(专利权)人: 中国人民解放军国防科技大学
主分类号: G01S15/42 分类号: G01S15/42;G01H3/00
代理公司: 湖南兆弘专利事务所(普通合伙) 43008 代理人: 谭武艺
地址: 410073 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 辅助 传感器 水平 悬浮 实时 阵列 形状 估计 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于辅助传感器的水平悬浮阵实时阵列形状估计方法,包括根据水平悬浮阵的结构建立坐标系,将水平悬浮阵的任意两个辅助传感器组之间的曲线作为该坐标系下的子曲线,建立子曲线的阵列状态函数;确定姿态传感器测量角度与阵形信息之间的关系,得到每一段子曲线的欠定方程组,通过初值条件转换为恰定方程组,求解恰定方程组得到的各段子曲线的系数;对每段子曲线通过相邻曲线段之间的连续性条件,将每一段子曲线的左端点平移至上一段曲线的右端点处,最终将各段子曲线拼接得到水平悬浮阵的完整阵列曲线。本发明具有应用范围广、普适性好、简单可行的优点。

技术领域

本发明涉及水声信号处理领域,具体涉及一种基于辅助传感器的水平悬浮阵实时阵列形状估计方法,可基于曲线平移不变性特点对姿态和深度传感器的测量数据估计实时阵形。

背景技术

水声信号处理中可靠的信号依赖于准确的阵列形态,目前传统的水听器阵列形式主要包括舷侧阵、拖曳阵、岸基阵和垂直阵。舷侧阵和拖曳阵是舰载声纳设备,它们具有良好的机动性,但很容易受到船舶噪音的影响。岸基阵依赖于岸站系统,并且可以构建大型阵列。但是,它们的应用场景是有限的。垂直阵列是海底浮标的一种形式,可以灵活部署以实现目标自主检测。但是,阵列的规模通常很小,且深海应用技术尚未取得突破。

水平悬浮线列阵(水平悬浮阵)是一种新型的水听器线阵列,是由两条锚绳(一端固定于海底)连接着阵列的两端,且水平悬浮阵两端分别悬挂有浮子以使得水平悬浮阵在海水中悬浮,从而可以分布于较深的海底区域。结合了上述传统阵列的优点,不仅可以实现移动部署和自主检测,还可以构建大型阵列。另外,它不受船舶噪声的影响,并且可以为水下目标检测,尤其是潜艇检测提供新颖的手段。但这种阵列容易受到海水的作用而发生形变,在应用中必须对其进行准确的实时阵形估计。

阵形估计方法主要包括声学计算方法和非声学辅助测量方法。声学计算方法使用水听器阵列接收到的水下声学信号,然后使用声源接收信号,然后推导出阵列的线形,这类方法结构较为复杂,实际应用中需要布防声源接收器,且声源信号容易受外界噪声的影响。非声学辅助测量方法需要在行阵列上安装几个辅助传感器,例如航向传感器,压力传感器等,使用这些传感器来测量阵列的姿态信息和深度信息以获得一组阵列上不同离散点的数据,再通过曲线拟合方法使用数值模拟来估计阵列的线型,这种方法适用于实时变化的阵列,估计精度受测量精度,传感器数量和估计算法精度的限制。

在非声学辅助测量方法中,插值拟合方法具有计算量少,系统结构简单,计算精度高的优点。通过将多个辅助传感器绑定到一个线阵列上,可以测量该阵列上多个点的速度和位置状态,所测得的离散数据可以用于预先估计假定阵列的理论线型参数,然后得到估计的阵列曲线方程。此方法称为插值拟合。1992年,B.E.Howard和J.M.Syck提出了使用辅助传感器进行多次采样分析的插值拟合方法,并且他们还详细分析了插值拟合精度。2004年,Hee-Young Park提出了一种新的插值拟合方法来估计阵列形态,该方法通过迭代分析和处理辅助测量传感器的测量数据,使用数值模型对分析和处理后的离散阵列信息进行插值拟合达到阵列估计的目的,这种方法虽然大大提高了插值拟合估计阵形的精度,但是数值模型计算较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题,提供一种基于辅助传感器的水平悬浮阵实时阵列形状估计方法,本发明首先通过将阵列的分段曲线平移,将阵列状态函数有关的欠定方程组转换为恰定方程组并使用迭代拼接获得最终的阵形估计曲线,从而利用曲线平移不变性特点对水平悬浮线列阵的阵形进行实时阵形估计,本发明最大优点是方法相对简单,适用于大多数类型的阵列曲线估计,具有应用范围广、普适性好、简单可行的优点。

为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:

一种基于辅助传感器的水平悬浮阵实时阵列形状估计方法,包括:

1)根据水平悬浮阵的结构建立坐标系,将水平悬浮阵的任意两个辅助传感器组之间的曲线作为该坐标系下的子曲线,建立子曲线的阵列状态函数;

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