[发明专利]一种基于非声学测量的拖线阵阵形估计方法

说明书

本发明提供一种基于非声学测量的拖线阵阵形估计方法，包括如下步骤：建立water‑pulley模型估计误差导致的阵增益损失与阵形畸变程度之间的映射关系；根据阵形畸变程度，融合water‑pulley模型和插值拟合方法估计拖线阵阵形，得到阵形估计结果。本发明所述的基于非声学测量的拖线阵阵形估计方法，保证了在拖船机动较为剧烈时不丢失目标，也使探测结果尽可能地连续，具有一定的可靠性。

技术领域

本发明属于水声工程领域，具体涉及一种基于非声学测量的拖线阵阵形估计方法。

背景技术

有效估计阵形是提高转向机动条件下拖线阵探测性能的关键。非声学测量类阵形估计技术不依赖外部声学环境，典型的方法包括基于姿态测量的插值拟合法，以及基于拖线阵受力分析的流体力学法。

插值拟合法即在拖线阵的不同部位安装航向和深度传感器，利用这些传感器的测量值确定阵列上传感器所在位置的局部形态，再通过多项式拟合、样条插值等方法获得全阵流形，原理示意图如图1所示。其缺陷在于，各采样时刻的传感器测量误差相互独立，导致阵形估计结果在时间维度上的连续性和稳定性欠佳，表现为目标方位测量结果不连续等现象，对于时间历程分析造成不利影响，插值拟合方法阵形校正前后的方位历程图如图2所示。

水滑轮模型(water-pulley模型)是一种基于流体力学原理的阵形估计方法，模型认为拖线阵机动较为平缓时阵上每个点都沿着前一个点的运动轨迹运动，只需利用拖船当前及历史时刻的位置拟合航迹即可得到拖线阵阵形。其缺陷在于适用范围有限，拖船机动较剧烈时模型失效，原理示意图如图3所示。water-pulley模型阵形校正前后的方位历程图如图4所示，由图分析可知在约180秒到280秒范围内拖船剧烈机动导致阵形畸变程度较大，水滑轮模型失效造成波束形成效果较差。

由于插值拟合法和water-pulley模型各自存在固有缺陷，导致阵形估计效果难以满足实际应用需求，无法实现机动条件下对目标的有效探测。

鉴于此，目前亟待提出一种在机动环境下有效测量目标的基于非声学测量的拖线阵阵形估计方法。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种在机动环境下有效测量目标的基于非声学测量的拖线阵阵形估计方法。

本发明的基于非声学测量的拖线阵阵形估计方法，包括如下步骤：

S1，建立water-pulley模型估计误差导致的阵增益损失与阵形畸变程度之间的映射关系；

S2，根据阵形畸变程度，融合water-pulley模型和插值拟合方法估计拖线阵阵形，得到阵形估计结果。

进一步的，步骤S1具体包括；

S101，根据拖线阵物理属性，在拖线阵回转机动模式下，对无因次振荡频率间隔取值，并基于拖线阵稳态振荡模型计算理论阵形，基于water-pulley模型计算估计阵形；

S102，利用步骤S101中所述的理论阵形和估计阵形计算water-pulley模型，估计各无因次振荡频率误差导致的阵增益损失，利用理论阵形计算实际阵形畸变程度；

S103,根据可容忍的最大阵增益损失，建立阵增益损失与实际阵形畸变程度之间的映射关系。

进一步的，步骤S2具体包括；

S201，利用拖船当前及历史时刻的位置关系，基于water-pulley模型实时计算阵元位置坐标，进而计算各阵元位置的沿阵切线方向；

S202，利用阵中嵌入的航向传感器实际测量数据计算当前阵形畸变程度，根据阵形畸变程度与融合系数之间的映射关系计算融合系数，进而将water-pulley模型和插值拟合方法相融合，估计拖线阵阵形，得到阵形估计结果。

进一步的，步骤S1中的阵形畸变程度通过如下公式计算，