[发明专利]基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法

摘要

本发明涉及一种基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法，针对基于可靠声路径的被动探测方法的不足，提出将单基地主动声纳布置于临界深度以下，利用可靠声路径照射目标并采集目标多途回波，最终获得目标定位结果。本发明的基本原理和实施方案经过了计算机数值仿真的验证，其结果表明：利用本发明所提出的利用可靠声路径的主动定位方法可以在深海环境对目标进行有效定位。

主权项

基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：利用声场软件进行离线仿真，包括以下子步骤：子步骤一：由单个发射换能器和单个水听器组成单基地声纳系统，该系统位于深海临界深度下；发射换能器发出的线性调频脉冲信号表示为：s(t)=sin(2πft+πkt2-πkτ0t)0≤t≤τ00τ0≤t≤T---(1)]]>其中，f为中心频率，k为调频斜率，τ0为脉宽，T为发射周期；发射换能器以垂直开角发射线性调频脉冲信号，开角下边界处的声线保证不与海底接触；接收水听器接收目标的多途回波信号，其中多途回波信号包含同时存在的四个经历不同路径到达接收水听器的回波信号；定义发射换能器‑目标‑接收水听器路径为路径1，定义发射换能器‑目标‑海面‑接收水听器为路径2，定义发射换能器‑海面‑目标‑接收水听器为路径3，定义发射换能器‑海面‑目标‑海面‑接收水听器为路径4；利用接收水听器接收到的多途回波信号和以上四个路径的回波信号的信息进行定位；子步骤二：利用声场软件进行离线仿真：将需要观测的距离‑深度空间划分网格；对位于网格中第i个水平距离第j个深度处的目标点(i,j)，利用射线模型离线计算经路径n(n＝1,2,3,4)的回波信号的到达时延τn,i,j(n＝1,2,3,4)、幅度An,i,j(n＝1,2,3,4)和由海面反射引起的附加相位跳变构造仿真的路径n的回波信号rn,i,j(t)：将四个路径的仿真回波相加，得到目标在该网格点时仿真的目标多途回波用公式(1)对应的匹配滤波器对仿真的目标多途回波进行匹配滤波，并对得到的结果求取包络，得到仿真的多途时域包络Ri,j(τ)；将所有网格点进行上述运算，将得到的对应每个网格点的仿真目标多途回波信号的到达时延τn,i,j(n＝1,2,3,4))和仿真的多途时域包络Ri,j(τ)进行存储；步骤二：对单个水听器实际采集到的目标多途回波信号进行处理，提取多途时域包络和多途时延信息；其中实际进行采集时，所使用的单基地声纳系统构成以及发射换能器发出的线性调频脉冲信号表达公式与仿真中的单基地声纳系统构成以及发射换能器发出的线性调频脉冲信号表达公式相同；对单个水听器采集到的目标多途回波信号进行带通滤波，用公式(1)对应的匹配滤波器对带通滤波输出信号进行匹配滤波，对得到的结果求取包络，得到多途时域包络；该包络包含三个尖峰，从三个尖峰中提取多途时延信息；其中第一个尖峰是经路径1到达的回波处理后得到的波形，尖峰的极大值对应的时间为经该路径到达的回波的时延；第二个尖峰是经路径2和路径3的回波同时到达接收水听器、接收水听器接收到的两者叠加起来的波形进行上述处理后得到的波形，尖峰的极大值对应的时间为经上述两路径到达回波的时延；第三个尖峰是经路径4到达的回波处理后得到的波形，尖峰的极大值对应的时间为经该路径到达回波的时延；步骤三：将步骤一中的仿真数据与步骤二中的实际采集数据进行匹配处理，获得目标定位结果；其中方法一为将仿真得到的各个网格点对应的多途时域包络与实际接收信号处理后求得的多途时域包络一一做内积，结果作为匹配的输出，输出结果最大值对应的网格点被认为是目标所在位置；方法二为将仿真得到的各个网格点对应的多途回波时延值与实际接收信号的多途时延值相匹配，输出结果最大值对应的网格点被认为是目标所在位置。