[发明专利]非合作线谱分布式水声定位方法

说明书

非合作线谱分布式水声定位方法，本发明涉及分布式水声定位方法。本发明的目的是为了解决现有分布式水声定位方法利用观测到的目标辐射信号频率随时间的变化，基于单个观测节点即可获得匀速直线运动目标距离的无偏估计，但不能实现目标位置估计，无法获取目标运动轨迹的问题。非合作线谱分布式水声定位方法过程为：步骤1：构建分布式定位模型；步骤2：求解目标运动轨迹与各个测量单元之间的致近点距离；步骤3：利用步骤2求解的致近点距离解算出匀速直线运动轨迹的斜率和截距，得出匀速直线运动目标的运动轨迹。本发明用于分布式水声定位领域。

技术领域

本发明涉及非合作定位，被动定位，被动测距和目标运动分析等方法。

背景技术

分布式水声定位技术^[1][2]可广泛应用于海域警戒、水下兵器战技性能评估、水下作业安全保障等重要领域，具有非常重要的研究价值。分布式定位可分为合作定位^[3]和非合作定位^[4]，其中非合作定位无需在待测目标上加装合作声信标，因此具有更加广泛的应用前景。

根据定位所使用物理量不同，经典的分布式水声定位方法可分为基于波达时刻(TOA)的圆交汇方法、基于波达时延差(TDOA)的双曲交汇方法和基于波达方向(DOA)的纯方位交汇方法^[5]。TOA圆交汇定位方法需要目标声信号的发射系统和观测接收系统同步，通过估计脉冲的绝对传播时间确定目标与观测节点的距离，进而利用不同观测节点确定的距离进行交汇定位，该类方法只适用于脉冲声源的合作定位方式^[6][7]。TDOA双曲交汇定位方法不需要收发同步，通过估计脉冲到达两个不同观测节点的时延差可确定一组目标可能位置的双曲线，测量多个观测节点多组时延差可确定多组双曲线，从而实现交汇定位，该类算法可应用于非合作脉冲信号源的定位^[8]。DOA纯方位交汇方法，也不需要收发同步，通过测量不同观测节点目标波达方向与正北方向的夹角，利用方位交汇测量目标位置，该类方法适用于脉冲和连续声源的非合作定位^[9][10]。在上述三类经典定位方法的基础上，学者们针对水下声学环境所面临的特有问题展开了大量研究，例如针对水声定位中相干多途信道引起的直达声辨识问题^[11]、声速非均匀分布引起的声线修正问题^[12]、运动目标定位的收发不共点问题^[13]、冗余参量的融合与优化定位问题^[14]等，并取得了卓越成果。然而，已有的研究大多是基于时延、时延差、波达方向等物理量的定位方法，而基于频率信息的定位技术研究较少，且一般被学者认为仅利用多普勒频率信息进行定位是极为困难的。文献^[15]提出了单水听器被动测距的信赖域最优化方法，该方法根据多普勒原理，利用观测到的声源信号频率随时间的变化，基于单个观测节点即可获得匀速直线运动目标距离的无偏估计，但不能实现目标位置估计。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有分布式水声定位方法利用观测到的目标辐射信号频率随时间的变化，基于单个观测节点即可获得匀速直线运动目标距离的无偏估计，但不能实现目标位置估计，无法获取目标运动轨迹的问题，而提出非合作线谱分布式水声定位方法。

非合作线谱分布式水声定位方法具体过程为：

步骤1：构建分布式定位模型；

步骤2：求解目标运动轨迹与各个测量单元之间的致近点距离；

步骤3：利用步骤2求解的致近点距离d_i解算出匀速直线运动轨迹的斜率和截距，得出匀速直线运动目标的运动轨迹。

本发明的有益效果为：