一種淺海海底水平直線水聽器陣朝向校準的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲定位領域，具體涉及一種利用水面聲源在不同位置發(fā)送聲信號到 達淺海海底水平直線陣，實現對直線陣朝向校準的淺海海底水平直線水聽器陣朝向校準的 方法。
【背景技術】
[0002] 錨泊在海底的水平直線陣，可以利用其從水中接收到的目標信號估計水中目標的 方位。由于水平直線陣錨泊在海底，因此具有姿態(tài)穩(wěn)定，背景噪聲干擾小的優(yōu)點，可以實現 對目標的高精度方位估計。但是水平直線陣方位估計具有左右舷模糊問題，對于關于水平 直線陣對稱的兩個不同方位目標只有一個方位估計結果。
[0003] 此外，水平直線陣方位估計僅能得到目標相對于直線陣的方位，要想得到目標在 大地坐標系下的絕對方位，需要利用水平直線陣的朝向進行修正，該值是獲得水平直線陣 絕對方位估計的必要條件。水平直線陣的方位的獲得有多種方法，當安裝有羅經時該朝向 可以直接測量得到，當沒有羅經時需要進行校準。
[0004] 文獻"水平陣測量水中目標輻射噪聲的陣傾斜校準研究"（中國科技信息，2009. 6 : 143-145)給出了直線陣相對于水平面的傾斜角度校準的方法。
[0005] 文獻"航行船舶噪聲源輻射部位定位實驗研究"（聲學學報，2013, vol. 38(2): 160-166)和文獻"近場淺海艦船目標定位精度實驗研究"（聲學學報，2013, vol. 38(3): 281-286)中海底直線陣的位置和朝向由小艇攜帶DGPS定位系統(tǒng)測量得到。兩篇文獻的共 同點是利用非聲學的辦法獲得水平直線陣的水平方位。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于對布放在淺海海底的水平線陣沒有安裝羅經時，提出一種利用 水面聲源在不同位置發(fā)送聲信號到達直線陣，實現對直線陣朝向進行校準的淺海海底水平 直線水聽器陣朝向校準的方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實現的：
[0008] (1)布放水平直線陣到海底時用GPS記錄布放陣列的大地坐標系，深度計記錄水 平直線陣的深度信息；
[0009] (2)水面船吊放聲源繞著布放點在半徑為2-4倍海深的圓周上航行，GPS觸發(fā)聲源 定時發(fā)送聲信號，GPS記錄發(fā)送聲信號時刻聲源的大地坐標；自容式深度計記錄聲源的深 度信息；
[0010] (3)對水聽器陣列接收信號進行時延估計，結合聲源位置精確估計其大地坐標，進 而計算出不同位置聲源相對于直線陣的絕對水平方位序列；
[0011] (4)利用水聽器陣列接收的聲信號進行方位估計，得到聲源在基陣坐標系下的相 對方位序列；
[0012] (5)根據絕對水平方位序列和相對方位序列求解直線陣在大地坐標系下的朝向。
[0013] 所述的大地坐標系定義為左手坐標系，正北為N軸，正東為E軸，目標方位是目標 與N軸的夾角；所述的水平直線陣放置在大地坐標系內，從1號基元指向N號基元的射線與 正北的夾角為α，稱為直線陣的朝向；目標與正北的夾角為Φ，為目標的絕對方位；目標與 直線陣的夾角水平投影為Θ，為目標的相對方位；
[0014] 當 a-π <φ<α 時
[0015] φ = α-(π-θ)；
[0016] 當 α <φ<α+π 時
[0017] φ = α+(π-θ)0
[0018] 所述聲源與水平直線陣不在同一深度時，線陣所測相對方位@并非水平方位，真 實的水平相對方位為Θ
[0019] ψ.- ?Ρ'-:φ.
[0020] β = Ji - Θ
[0021] 聲源與水平直線陣的深度差為h，水平距離為r，則有
[0023] 所述的水面船吊放聲源繞著以布放點為圓心、半徑為2-4倍海深的圓周上航行， 航速為6節(jié)；GPS觸發(fā)聲源定時發(fā)送聲信號脈沖，GPS記錄發(fā)送聲信號時刻h，i為發(fā)送聲信 號脈沖的序號，聲源的大地坐標（X1^1A1);自容式深度計記錄聲源的深度信息，結合直線 陣深度可得第i次測量得到的相對深度Ii1。
[0024] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0025] 海底直線陣不需要安裝羅經，僅利用水面聲源在不同的位置發(fā)送聲信號到達海底 直線陣即可實現對淺海直線陣的朝向進行校準。本發(fā)明適用于淺海條件下海底水平直線陣 的朝向校準。
【附圖說明】
[0026] 圖1是直線陣坐標與大地坐標關系示意圖；
[0027] 圖2是淺海條件下單海底直線陣朝向校準的幾何配置示意圖；
[0028] 圖3是淺海近場水平方位修正示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細的描述。
[0030] 為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種直線陣朝向校準方法，具體包括：
[0031] (1)布放水平直線陣到海底時用GPS記錄布放陣列的大地坐標，深度計記錄水平 直線陣的深度信息；
[0032] (2)水面船吊放聲源繞著布放點在半徑為2-4倍海深的圓周上航行，GPS觸發(fā)聲源 定時發(fā)送聲信號，GPS記錄發(fā)送聲信號時刻聲源的大地坐標；自容式深度計記錄聲源的深 度信息；
[0033] (3)對水聽器陣列接收信號進行時延估計，結合聲源位置精確估計其大地坐標，進 而計算出不同位置聲源相對于直線陣的絕對水平方位序列；
[0034] (4)利用水聽器陣列接收的聲信號進行方位估計，得到聲源在基陣坐標系下的相 對方位序列；
[0035] (5)根據絕對水平方位序列和相對方位序列求解直線陣在大地坐標系下的朝向。
[0036] 為實現本發(fā)明的目的，需要GPS定時觸發(fā)聲源發(fā)送聲信號，接收陣列的時間由GPS 同步。需要聲源發(fā)送水平線列陣工作頻帶內的信號，保證線陣能對信號進行較高精度的方 位估計。
[0037] 布放水平直線陣到海底時用GPS觸發(fā)聲源定時發(fā)送聲信號，GPS記錄發(fā)送聲信號 時刻聲源的大地坐標；自容式深度計記錄聲源的深度信息。淺海條件下直線水聽器陣朝向 校準方法，其特征在于對水聽器陣列接收信號進行時延估計，結合聲源位置精確估計其大 地坐標，進而計算出不同位置聲源相對于直線陣的絕對水平方位序列。淺海條件下直線水 聽器陣朝向校準方法，其特征在于利用利用水聽器陣列接收的聲信號進行方位估計，得到 聲源在基陣坐標系下的相對方位序列。淺海條件下直線水聽器陣朝向校準方法，其特征在 于根據絕對水平方位序列和相對方位序列求解直線陣在大地坐標系下的朝向。
[0038] 本發(fā)明中，圖1給出了直線陣方位估計坐標關系示意圖。大地坐標系定義為左手 坐標系，正北為N軸，正東為E軸，目標方位是其與N軸的夾角