專利名稱：一種單矢量水聽器被動定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水聲定位方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的水聲定位方法，主要有主動和被動兩大類。主動定位方法需要借助于已知的信號波形，而被動定位方法則主要借助于目標(biāo)噪聲。本發(fā)明屬于后者。常規(guī)的被動定位方法需要借助于陣列在空間不同位置對目標(biāo)進(jìn)行測距測向，對于低頻帶目標(biāo)通常需要較大的陣列孔徑。對現(xiàn)有的技術(shù)手段而言，固定布放于海底的單個聲壓水聽器由于其無測距測向能力，因而無法實現(xiàn)對非合作目標(biāo)的被動定位。
矢量水聽器由于可以同步共點測量聲場的聲壓和振速信息，可以對目標(biāo)進(jìn)行測向。根據(jù)測量海域的海深、聲速分布、密度、底質(zhì)聲速、底質(zhì)密度、層厚等水文條件，可以通過聲場計算對目標(biāo)進(jìn)行距離與速度比值的估計。通常情況下這些水文條件參數(shù)不易獲得，或者即便獲得也有較大的誤差和較低的可信度。
文獻(xiàn)“基于單矢量水聽器的水面目標(biāo)運動分析”(聲學(xué)技術(shù)，2010. 29(4) :361-364) 中給出了一種單矢量水聽器定位的方法，但是其利用了矢量水聽器所測的俯仰角信息，該方法僅在深海或者滿足自由場條件下適用。
文獻(xiàn)“基于干涉譜分析的單水聽器被動定位技術(shù)研究”(哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006)從聲場的干涉特性出發(fā)利用單矢量水聽器對目標(biāo)進(jìn)行定位。文獻(xiàn)“時間反轉(zhuǎn)鏡被動定位技術(shù)研究”利用時間反轉(zhuǎn)鏡方法給出單矢量水聽器的被動定位方法。這兩篇文獻(xiàn)中公開的技術(shù)方案的共同特點是要求準(zhǔn)確知道作業(yè)海域的水文參數(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在海洋水文參數(shù)未知的條件下能夠?qū)蛩僦本€運動目標(biāo)進(jìn)行被動定位的單矢量水聽器被動定位方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
(I)對聲壓信號進(jìn)行短時傅立葉變換，得到噪聲信號的時頻分布；
(2)提取強線譜信號的時間歷程，根據(jù)線譜頻率的時間歷程估計目標(biāo)最近通過時刻，根據(jù)線譜的多普勒頻偏估計目標(biāo)的運動速度；
(3)利用單矢量水聽器接收的聲壓信號和水平振速信號對線譜相應(yīng)的目標(biāo)進(jìn)行測向，得到目標(biāo)通過測點過程的方位的時間歷程；
(4)根據(jù)目標(biāo)的方位時間歷程和運動速度估計目標(biāo)的運動軌跡。
本發(fā)明適用于保持勻速直線運動且在矢量水聽器工作頻帶內(nèi)具有特征線譜的目標(biāo)，能夠估計出其運動速度。
是用本發(fā)明的矢量水聽器能夠連續(xù)測量目標(biāo)輻射的聲壓與振速信號并估計得到目標(biāo)的方位時間歷程。
本發(fā)明的優(yōu)點在于不需要已知海洋的水文參數(shù)，僅須連續(xù)測量聲壓與水平振速信息即可實現(xiàn)對目標(biāo)定位。本發(fā)明既適用于深海，也適用于淺海。


圖1是單矢量水聽器被動定位的幾何配置示意圖。
圖2是最近通過距離一定時不同速度對應(yīng)的多普勒頻移時間歷程。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。
本發(fā)明中，圖1給出了單矢量水聽器被動定位的幾何配置圖。單矢量水聽器I既可以坐底方式布放于海底，也可以錨泊方式布放于距海底一定深度的水中。目標(biāo)2以恒定的速度做直線運動。目標(biāo)2可以是船舶等水面目標(biāo)，也可以是水下作業(yè)機器人等水下目標(biāo)。
第一步，對聲壓信號p(t)進(jìn)行短時傅立葉變換，得到噪聲信號的時頻分布 P(t, f)
權(quán)利要求
1.一種單矢量水聽器被動定位方法，其特征是 (1)對聲壓信號進(jìn)行短時傅立葉變換，得到噪聲信號的時頻分布； (2)提取強線譜信號的時間歷程，根據(jù)線譜頻率的時間歷程估計目標(biāo)最近通過時刻，根據(jù)線譜的多普勒頻偏估計目標(biāo)的運動速度； (3)利用單矢量水聽器接收的聲壓信號和水平振速信號對線譜相應(yīng)的目標(biāo)進(jìn)行測向，得到目標(biāo)通過測點過程的方位的時間歷程； (4)根據(jù)目標(biāo)的方位時間歷程和運動速度估計目標(biāo)的運動軌跡。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種單矢量水聽器被動定位方法。(1)對聲壓信號進(jìn)行短時傅立葉變換，得到噪聲信號的時頻分布；(2)提取強線譜信號的時間歷程，根據(jù)線譜頻率的時間歷程估計目標(biāo)最近通過時刻，根據(jù)線譜的多普勒頻偏估計目標(biāo)的運動速度；(3)利用單矢量水聽器接收的聲壓信號和水平振速信號對線譜相應(yīng)的目標(biāo)進(jìn)行測向，得到目標(biāo)通過測點過程的方位的時間歷程；(4)根據(jù)目標(biāo)的方位時間歷程和運動速度估計目標(biāo)的運動軌跡。本發(fā)明的優(yōu)點在于不需要已知海洋的水文參數(shù)，僅須連續(xù)測量聲壓與水平振速信息即可實現(xiàn)對目標(biāo)定位。本發(fā)明既適用于深海，也適用于淺海。
文檔編號G01S5/18GK102981146SQ20121046867
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者孫大軍, 蘭華林, 呂云飛, 師俊杰, 梅繼丹 申請人:哈爾濱工程大學(xué)