[发明专利]一种基于深海分布式垂直线列阵的目标被动定位方法

说明书

本发明提供的基于深海分布式垂直线列阵的目标被动定位法，包括：步骤1)：将3个及以上同步垂直线列阵，同时采集t时刻的目标声源辐射的声压信号；步骤2)对每个声压信号进行方位谱估计，获得每个探测节点的到达角估计值；步骤3)利用声场模型，计算对应的到达角模板值；步骤4)通过到达角估计值与对应的模板值进行匹配，获得目标声源与每个探测节点的距离估计值；步骤5)基于搜索范围和搜索网格间隔，获得每个网格点与每个探测节点的距离信息；步骤6)将距离信息和距离估计值进行匹配，获得目标声源的位置信息。本发明提供的方法通过增加系统配置，利用三个及以上探测节点的距离信息实现了目标声源位置信息的实时估计。

技术领域

本发明涉及水声工程、海洋工程、声呐技术领域，特别涉及一种基于深海分布式垂直线列阵的目标被动定位法，可用于深海目标的实时定位。

背景技术

声源目标被动定位是深海水声学研究的热点及难点问题之一。深海环境下，接收信号存在明显的多途到达结构，利用标量垂直线列阵或者单个矢量水听器结合多途达到角可实现声源距离的估计。文章“一种基于大深度矢量水听器的深海直达波区近水面声源定位方法”利用矢量水听器获取了目标的方位角和到达角，实现了目标在二维平面上的定位，该文于2016年发表在《物理学报》第46卷第9期，文章编号为094309。但是该方法对信噪比的要求较高，对于船只辐射噪声，定位距离有限。

垂直线列阵由于阵列可以获得阵增益，成为一种深海环境下探测节点的较优的装备形态。但是现有深海大深度使用的垂直线列阵一般为无水平测向能力的标量垂直线列阵。单个探测节点下仅能给出目标与探测节点的距离信息，在位置上表现为以探测节点布放位置为中心、距离为半径的圆，但不能确定目标在圆上的具体点位。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于深海分布式垂直线列阵的目标被动定位法，以解决现有深海环境下声源定位方法仅能给出目标与探测节点的距离信息，而不能给出目标具体位置信息的问题。

本发明提供的基于深海分布式垂直线列阵的目标被动定位方法，包括以下步骤：

步骤1)：将N个同步垂直线列阵布放于不同位置的海水中，用于同时采集t时刻的目标声源辐射的声压信号p_i,j(t)；其中，N≥3，每个所述垂直线列阵布的探测节点位置为(X_i,Y_i)，i为第i个垂直线列阵，i＝1,2,...,N；j为所述垂直线列阵的第j个阵元，，j＝1,2,...,M_i，M_i为第i个垂直线列阵的阵元数。

步骤2)对每个所述垂直线列阵采集的声压信号进行方位谱估计，以获得t时刻的所述目标声源在每个所述垂直线列阵探测节点的到达角估计值

步骤3)结合海水声速剖面及每个所述垂直线列阵布放深度，利用声场模型计算每个所述探测节点与不同距离的所述目标声源对应的到达角模板值θ_i(r_s)，其中，r_s为所述目标声源与所述探测节点的水平距离；

步骤4)通过将每个所述探测节点的到达角估计值与该探测节点对应的模板值θ_i(r_s)进行匹配，以获得t时刻的所述目标声源与每个所述探测节点的距离估计值

步骤5)基于设定目标声源位置的搜索范围和搜索网格间隔，获得所述搜索范围内每个网格点与每个所述探测节点的距离信息r_i(x,y)；

步骤6)将所述每个网格点与每个所述布放节点的距离信息r_i(x,y)和所述目标声源与每个探测节点的距离估计值进行匹配，以获得t时刻的所述目标声源的位置信息

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)中所述垂直线列阵的单次采集时长为0.1s～10s，采样率为f_s，其中，f_s取值范围为100Hz～20kHz。