[发明专利]非规则轨迹水中运动目标前向声散射多普勒频移计算方法

说明书

本发明涉及海洋声学技术领域，尤其涉及水中运动目标前向声散射多普勒频移计算方法。非规则轨迹水中运动目标前向声散射多普勒频移计算方法，包括：(1)将发射端、目标轨迹和接收端的地球经纬度坐标转换为直角坐标，并依次标记为(x_S,y_S)、(x_T,y_T)和(x_R,y_R)；(2)将目标轨迹坐标序列记为(x_T(t_i),y_T(t_i)),i＝1,2,…,N，计算所有时段内的平均航速(3)对目标轨迹进行平滑处理，获得虚拟直线轨迹，分别计算目标和接收端到其虚拟直线轨迹与基线交点的水平距离、虚拟直线轨迹与基线的夹角；(4)利用步骤(2)和(3)计算得到的参数，计算各时刻目标的前向声散射多普勒频移。本发明解决了现有技术无法计算目标运动轨迹非规则时的前向声散射多普勒频移的问题。

技术领域

本发明涉及海洋声学技术领域，尤其涉及水中运动目标前向声散射多普勒频移计算方法。

背景技术

在前向声散射探测系统中，由于发射端和接收端的位置均固定而只有目标运动，直达波的多普勒频移为零而目标具有时变的多普勒频移。从接收声信号中提取目标的前向散射多普勒频移信息，可以探测到入侵收发连线的水中运动目标。然而，目标前向散射多普勒频移提取结果的真实性和准确性，需要通过相应的理论计算结果作对比检验。

水中目标的前向声散射多普勒频移的理论计算方法有两种：

第一种方法主要利用双基地分置角、目标航向与双基地分置角平分线的夹角这两个参数，其表达式为：

其中v为目标运动速度，λ为声源信号的波长，β为双基地分置角，δ为目标航向与双基地分置角平分线的夹角。该方法本质上是一种几何描述，其优势是能够计算目标任意运动形式下的前向声散射多普勒频移，但也存在两个明显不足之处。一个是难以直观地建立目标多普勒频移与目标参数的对应关系，而且对多普勒频移关于目标运动时间的演变历程的描述不够清晰。另一个是要求记录目标航向角，否则在只给定目标轨迹坐标和航速的条件下，通常需要多层计算才能得到角度δ的值。显然，数值计算层数越多，误差积累越大，计算结果的精度也就越差。

第二种方法的计算原理与第一种方法的原理相同，但用代数描述替换了几何描述，直接建立了目标的前向声散射多普勒频移关于目标运动时间、穿越收发连线时刻、穿越点位置、航向角等参数的表达式，即：

式中t为目标运动时间、t_c为目标穿越收发连线的时刻、d为收发连线长度、d_TR为目标穿越点到接收端的水平距离、α为目标航迹与基线的夹角。该方法的突出优势是能够直接描述目标的前向散射多普勒频移与各参数的依赖关系，并能够直观地刻画多普勒频移关于目标运动时间的演变历程，且不需要目标的航向记录。然而，该方法的缺点是只适用于目标轨迹为直线的情形，并不适合非规则目标轨迹的情形。

目前尚未有针对非规则轨迹的水中目标前向声散射多普勒频移的计算方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的上述缺陷，提供一种针对非规则轨迹的水中目标前向声散射多普勒频移的计算方法，

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：非规则轨迹水中运动目标前向声散射多普勒频移计算方法，包括：(1)将发射端、目标轨迹和接收端的地球经纬度坐标转换为直角坐标，并依次标记为(x_S,y_S)、(x_T,y_T)和(x_R,y_R)；