[发明专利]基于可靠声路径下目标回波到达时延和到达角度的主动定位方法

摘要

本发明涉及一种基于可靠声路径下目标回波到达时延和到达角度的主动定位方法，所提方法采用单个发射换能器和一个多元接收阵(两者组成单基地声纳并位于临界深度以下)，单个发射换能器发射脉冲信号并向上照射目标。接收阵采集目标的目标回波，并确定发射换能器‑目标‑接收阵路径的回波到达时延和到达角度，利用离线计算得到的直达波到达时延和直达波到达角度与实际采集的直达波到达时延和直达波到达角度进行匹配处理，获得目标定位结果。

主权项

基于可靠声路径下目标回波到达时延和到达角度的主动定位方法，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计算，包括以下步骤；子步骤一：由单个发射换能器和N个水听器组成单基地主动声纳系统，该系统位于深海临界深度下；发射换能器发射线性调频信号，表达式为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；子步骤二：将需要观测的距离‑深度空间划分网格，假设目标位于某一网格点，利用射线模型离线计算从该网格点到达接收阵几何中心点处的直达波双程时延以及到达角度；设沿着距离方向网格点数为I，沿着深度方向网格点数为J。以第i(i＝1,2,…,I)个水平距离第j(j＝1,2,…,J)个深度处的对应网格点为例，从该网格点到达接收阵几何中心处的直达波双程到达时延为τi,j，从该网格点到达接收阵几何中心处的直达波到达角为θi,j。对所有网格点做上述计算，并对到达时延和到达角的信息进行存储。步骤二：对多元水听器阵实际采集到的目标回波信号进行处理，提取回波到达时延和到达角信息；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；发射换能器发射线性调频信号，对多元水听器阵接收到的回波信号进行提取处理，获得直达波的到达时延信息和直达波到达角度信息，包括以下子步骤：子步骤一：对水听器阵采集到的目标回波信号进行带通滤波，其中对每个水听器用公式(1)对应的匹配滤波器对带通滤波输出信号进行匹配滤波，得到匹配滤波输出Rn(τ)=∫-∞∞rn(t)s*(t-τ)dt---(2)]]>其中，rn(t)为第n个水听器接收到的回波的带通滤波输出信号，s(t)为(1)式的发射线性调频信号；对得到的Rn(τ)求取包络，包络中第一个尖峰是直达波部分处理后得到的波形，尖峰的极大值对应的时间为直达波到达该水听器的时延值。对所有水听器的直达波到达时延求平均值τD=1NΣn=1Nτn---(3)]]>其中，τn为第n号水听器的直达波到达时延，N为总水听器数。τD即为所需要的直达波到达时延信息。子步骤二：通过矩形时间窗函数对接收阵得到的匹配滤波输出直达波部分进行提取，提取公式为：RnD(τ)=Rn(τ)W(τ),(n=1,2,...,N)---(4)]]>其中，矩形时间窗函数为B为发射信号带宽。由式(5)可知，矩形时间窗函数W(τ)的中心时刻为直达波平均到达时刻τD，宽度为0.88/B。子步骤三：对进行目标方位估计，得到所需要的直达波到达角θD；步骤三：将仿真得到的各个网格点对应的直达波到达时延和到达角度分别与实际接收信号的直达波平均到达时延和到达角度相匹配，即Pi,j=1(τi,j-τDτD)2+(θi,j-θDθD)2---(6)]]>其中，Pi,j为第i个水平距离第j个深度处的对应网格点的匹配处理输出。沿着距离和深度对匹配处理输出进行搜索，在峰值处获得目标定位结果，通过时延和角度匹配，从峰值处已经获得目标位置。