[发明专利]一种水下目标三维定位方法

摘要

本发明提供的是一种水下目标三维定位方法。采用3个以上阵元组成具有空间尺度的分布式阵列，接收水下目标发射脉冲信号，对各阵元经预处理得到的脉冲序列进行联合处理，首先剔除干扰脉冲；直达声、海面或海底反射声辨识；辨识出3以上阵元接收直达声脉冲的情况下，选择有效因子最高的三个基元，进行球交汇得三维坐标。本发明的核心技术内容在于多阵元联合辨识脉冲类型，将海面、海底反射声信息同时保留，并视其为虚拟阵元接收直达声信号，利用空间球面交汇定出目标三维坐标。本发明充分利用了水声信道的多途特性，确保了在直达声缺失或漏报的情况下仍能进行准确的定位，具有较高的稳健性和实用价值。本发明更适用于短基线近程合作目标三维定位。

主权项

一种水下目标三维定位方法，其特征是：(1)采用3个以上阵元组成具有空间尺度的分布式阵列，接收水下目标发射脉冲信号，对各阵元经预处理得到的脉冲序列进行联合处理，首先剔除干扰脉冲；第i、j号阵元接收脉冲时延分别为ti、tj，阵元直线距离为Lij，声速为c，则不满足不等式c·|ti‑tj|＜Lij的两个脉冲中必有一个为干扰脉冲，对两两阵元间脉冲时延进行比较，剔除干扰脉冲；(2)直达声、海面或海底反射声辨识，主要实现步骤为：(2.1)依据脉冲时延、幅度、脉宽、频率、频率方差信息选择最可能的直达声脉冲以及相应阵元，设定第i号阵元k号脉冲为参考基准，脉冲时延值为tik，为剩余的第j号阵元设定时延窗Tij＝Lij/c，其中第i、j号阵元阵元直线距离为Lij，声速为c，从时间窗内挑选出第j号阵元直达声，记录直达声时延值，并评定各个直达脉冲的有效因子；(2.2)将各阵元直达脉冲置为无效值，不参与海面或海底一次反射声的挑选；依据脉冲时延、幅度、脉宽、频率、频率方差信息选择最可能的海面或海底反射声以及相应阵元，设定第i号阵元k号反射声脉冲为参考基准，脉冲时延值为tik，为剩余的第j号阵元设定时延窗Tij＝Lij/c，其中第i、j号阵元阵元直线距离为Lij，声速为c，从时间窗内挑选出第j号阵元反射声，记录反射声时延值，并评定各个直达脉冲、反射脉冲的有效因子；(3)辨识出3以上阵元接收直达声脉冲的情况下，选择有效因子最高的三个基元，进行球交汇得三维坐标；(4)辨识出直达声脉冲不足3阵元的情况下，按照以下方法进行目标定位：(4.1)仅考虑海面或海底一次反射声，对于任一坐标为(xi，yi，zi)的阵元虚拟出2个接收阵元，分别以海面海底作镜像，得到虚拟阵元坐标(xi，yi，‑zi)(x2，y2，z2)和(xi，yi，2H‑zi)，其中H为海深；(4.2)取任意一组独立阵元进行球交汇定位出水下目标三维坐标，不同阵元组合解算得到一组三维坐标，依据参与解算的有效脉冲有效因子加权平均得到水下目标三维坐标；所述的一组独立阵元是指其空间位置分布能形成水平尺度和垂直尺度的3个真实阵元或虚拟阵元。