一種基于水平直線陣的近場三維被動定位方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水聲定位領(lǐng)域，具體涉及一種基于水平直線陣的近場三維被動定位方法。本發(fā)明包括：采用水平直線陣，將陣固定布放在平坦海底，接收水下聲場中目標(biāo)聲源的輻射信號，放大濾波，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；粗測目標(biāo)方位；在各掃描區(qū)內(nèi)對各陣元接收的來波信號按掃描點進(jìn)行時延補償、疊加運算，得到的聚焦波束形成輸出；計算疊加后的聲信號的功率，在聲圖上輸出掃描區(qū)內(nèi)各點的功率值；對測量區(qū)域精確掃描；確定掃描區(qū)域內(nèi)的兩個亮點的坐標(biāo)；經(jīng)過后置處理反求出目標(biāo)聲源的三維坐標(biāo)。本發(fā)明以聚焦波束形成原理、方法為基礎(chǔ)，不需要任何先驗知識，可實現(xiàn)淺海近程目標(biāo)的高精度三維被動定位，400米范圍內(nèi)定位誤差小于0.5m。
【專利說明】一種基于水平直線陣的近場三維被動定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水聲定位領(lǐng)域，具體涉及一種基于水平直線陣的近場三維被動定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水聲定位技術(shù)是水聲技術(shù)中的一個重要而且基本的問題，淺海水聲被動定位在軍事上和海洋研究方面都有重要意義。常見的水下被動定位方法有三子陣定位法、目標(biāo)運動分析法(TMA)和匹配場處理(MFP)(見文獻(xiàn)[I]:毛衛(wèi)寧.水下被動定位方法回顧與展望.東南大學(xué)學(xué)報，2001, 31 (6): 129-132)。傳播模型的簡化使三子陣法在理論和實際應(yīng)用方面都有很大的局限性；目標(biāo)運動分析(TMA)方法技術(shù)相對成熟，但其定位的關(guān)鍵是利用目標(biāo)運動的動態(tài)信息，且對信噪比有一定要求；匹配場處理技術(shù)(MFP)主要用于解決低頻、甚遠(yuǎn)距離的目標(biāo)定位問題。
[0003]常規(guī)的波束形成技術(shù)(見文獻(xiàn)[2]:田坦，劉國枝，孫大軍.聲吶技術(shù).哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，2000, 63-72)是基于平面波假設(shè)的，適用于遠(yuǎn)場目標(biāo)測向，無法進(jìn)行測距。聚焦波束形成技術(shù)(見文獻(xiàn)[3]:惠娟，胡丹，惠俊英，殷敬偉.聚焦波束形成聲圖測量原理研究.聲學(xué)學(xué)報，2007，32 (4):356-361 ;文獻(xiàn)[4] =MAN K M, YANG I S，CHUNS Y et al.Passive range estimation using dual focused beamformers.1EEE Journalof Oceanic Engineering，27 (3)，2002:638-641，文獻(xiàn)[5]:Trucco A.A least-squaresapproximation for the delays used in focused beamforming.J.Acoust.Soc.Amer.，1998，104(I): 171-175)是一種高精度的測量技術(shù)，其原理與常規(guī)波束形成不同的是應(yīng)用條件為近場，是通過補償球面波的時延差使各陣元輸出信號同相疊加實現(xiàn)聚焦，從而對目標(biāo)定位。在以往的研究中，聚焦波束形成技術(shù)多應(yīng)用于對艦船輻射噪聲源的測量(見文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[6]:梅繼丹，惠俊英，惠娟.聚焦波束形成聲圖近場被動定位技術(shù)仿真研究.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008, 20(5): 1328-1333)，在確定出輻射源位置后可以有針對性的采取降噪措施；此方法也應(yīng)用于近場目標(biāo)的被動聲圖定位中(見文獻(xiàn)[7]:余贊，梅繼丹，翟春萍，惠娟，惠俊英.聲圖測量及定位海試研究.聲學(xué)學(xué)報，2009，34 (2):103-109)，用45m長陣，200m內(nèi)測量精度可以達(dá)到米級。在上述方法中其實現(xiàn)定位都是在深度坐標(biāo)已知的前提下進(jìn)行的，而在實際應(yīng)用中，很難獲得準(zhǔn)確的目標(biāo)深度坐標(biāo)，而且深度誤差對定位結(jié)果的影響也是不容忽視的。
[0004]所以，有必要對聚焦波束形成技術(shù)進(jìn)行擴展，使其在目標(biāo)深度不準(zhǔn)確或者未知的情況下，完成近場目標(biāo)的三維定位，即不僅能夠求解目標(biāo)源的水平坐標(biāo)，更能準(zhǔn)確地得到其深度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的、適用于海底固定陣的、基于水平直線陣的近場三維被動定位方法。[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007](I)采用水平直線陣，將陣固定布放在平坦海底，接收水下聲場中目標(biāo)聲源的輻射信號，放大濾波，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括直達(dá)聲信號和經(jīng)海面反射的信號:目標(biāo)Stl深度為Ztl,海深為H，水平線列陣沿著X軸方向布放在海底，Stl’為Stl關(guān)于海面的虛源，輻射信號為s (t)；聲速為C，海面反射系數(shù)為-0.9，目標(biāo)到i號陣元距離為Rie,虛源Stl’到i號陣元距離為RiJ，球面波衰減條件下各陣元接收信號為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于水平直線陣的近場三維被動定位方法，其特征是: (1)采用水平直線陣，將陣固定布放在平坦海底，接收水下聲場中目標(biāo)聲源的輻射信號，放大濾波，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括直達(dá)聲信號和經(jīng)海面反射的信號:目標(biāo)Stl深度為Ztl,海深為H，水平線列陣沿著X軸方向布放在海底，Stl’為Stl關(guān)于海面的虛源，輻射信號為s (t);聲速為c，海面反射系數(shù)為-0.9，目標(biāo)到i號陣元距離為Rie,虛源Stl’到i號陣元距離為RJ，球面波衰減條件下各陣元接收信號為:
【文檔編號】G01S5/20GK103792512SQ201410061848
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】惠娟, 牛芳, 梁國龍, 孫輝, 吳一飛, 李茂震, 張鳳園, 段海旭, 王碩 申請人:哈爾濱工程大學(xué)