[发明专利]基于单水听器的匀速直线运动直升机三维参数估计方法

权利要求书

1.一种基于单水听器的匀速直线运动直升机三维参数估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：建立水听器接收匀速直线运动声源声波的几何模型；

定义静止的水听器节点记为点H，位于水下深度d处；恒定频率为f₀的直升机辐射声源记为点S，它以恒定亚音速v、恒定高度h飞过点H斜上方，vc_ac_w，c_a和c_w分别是声波在空气和水介质中的传播速度；投射到静止节点H所在的水平面上的动声源记为S'，动点S'和节点H之间水平距离记为w(t)，即点声源S和节点H直线距离r(t)的水平投影；点声源S飞至距节点H的最近点处时，二者距离r_min(t)的水平投影记为最短偏航距离w_min；是水下视线角；空气介质和水介质的声波速度分别为c_a、c_w，从空气介质到水介质中的折射角分别为θ_I(t)、θ_T(t)，折射率为

步骤二：根据声源与水听器相对运动的几何规律，推导出在t时刻多普勒频率f_d(t)与声源频率f₀、速度v、高度h、最短偏航距离w_min之间的函数关系；

步骤三：利用水听器采集的多普勒频率信息，得到声源的频率和速度；利用多普勒频率f_d(t)与声源频率f₀、速度v的函数关系，通过下式计算点声源的固有频率f₀和速度v

其中，f_d(-∞)和f_d(+∞)分别为近似的水听器与直升机水平距离大于二倍水听器与直升机垂直距离的时刻t_-2与t₊₂的多普勒频率；

步骤四：利用步骤二中的多普勒频率f_d(t)与高度h、最短偏航距离w_min的函数关系，通过下式得到直升机辐射声源的高度和偏航距离：

其中，τ₀是f′_d(t)极小值对应的时刻，τ_-1是f″_d(t)极小值对应的时刻。

2.根据权利要求1所述的基于单水听器的匀速直线运动直升机三维参数估计方法，其特征在于，所述步骤四中多普勒频率f_d(t)的一阶导数为：

其中，

这里，

。

3.根据权利要求1所述的基于单水听器的匀速直线运动直升机三维参数估计方法，其特征在于，多普勒频率f_d(t)的二阶导数为

其中

与

其中，

。