[发明专利]适用于深海可靠声路径环境的多传感器宽带声源定位方法

权利要求书

1.一种适用于深海可靠声路径环境的多传感器宽带声源定位方法，其特征在于：布放若干个临界深度以下的传感器接收海面附近声源发出的宽带声信号，第n个传感器的布放位置为p_n＝[x_rn,y_rn]^T，布放深度为z_r，采样频率为f_s，接收信号为x_n(m)，其中n＝1,2,…,N，N为传感器数量，m为时域离散采样点；多传感器宽带声源定位步骤如下：

步骤1：对每个传感器的接收信号，采用自相关获得声源信号的D-SR时延值，第n个传感器的自相关输出为：

自相关输出R_n(q)存在峰值，峰值位置为q_n-max，则第n个传感器观测到的D-SR时延值，记为表示为其中上标“～”表示该观测值与其真值之间存在一个由随机噪声引起的偏差；

步骤2：依据N个传感器的D-SR时延观测值构造矩阵和向量b：

b＝[b₂,…,b_n,…,b_N]^T

所述

其中：x_rn和y_rn分别为p_n的第1、第2个元素，c_ref为海面至最大声源深度区间内的声速平均值，Q₁、Q₂是与声速剖面有关的参数，κ＝0.72；

步骤3：根据矩阵和向量b，使用最小二乘法求解声源二维位置得到向量的前两个元素为声源在水平面内的二维坐标，记为

选择距离声源水平距离的最近一个传感器，记为第i个传感器，使用深度解算公式计算声源深度：

其中表示上述第i个传感器与声源之间的水平距离，c(z)表示深度z处的声速值，z_r为传感器布放深度；

步骤4：以声源位置：和构造辅助变量矩阵G：

所述

第n个传感器D-SR时延的预测值

步骤5：以辅助变量矩阵G，求得加权辅助变量解：

所述加权矩阵

选择距离声源水平距离的最近一个传感器，记为第j个传感器，使用声源深度解算公式计算声源深度：

其中表示上述第j个传感器与声源之间的水平距离

由此得到向量的前两个元素为声源在水平面内二维位置，为声源深度为

2.根据权利要求1所述适用于深海可靠声路径环境的多传感器宽带声源定位方法，其特征在于：所述参数其中c(z)为深度为z处的海水声速，z_r为传感器布放深度。

3.根据权利要求1所述适用于深海可靠声路径环境的多传感器宽带声源定位方法，其特征在于：所述参数其中c_α和c_β分别表示海面附近的表面波导的深度z_sw至声道轴深度z_DSC以及z_DSC至布放深度z_r区间内的声速均值，c_ref为海面至最大声源深度区间内的声速平均值。

4.根据权利要求1所述适用于深海可靠声路径环境的多传感器宽带声源定位方法，其特征在于：所述步骤应用场景为典型深海可靠声路径环境，海深大于4000m。

5.根据权利要求1所述适用于深海可靠声路径环境的多传感器宽带声源定位方法，其特征在于：所述声源位于海面，其深度不小于10m，不大于500m；声源信号为宽带信号，其带宽不小于100Hz。

6.根据权利要求1所述适用于深海可靠声路径环境的多传感器宽带声源定位方法，其特征在于：所述接收传感器在水平面内分布不共线，且各传感器布放深度相同，传感器个数不小于5个，任意两传感器之间的距离不小于2km，声源与任意传感器之间的水平距离不超过25km。