一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標(biāo)被動(dòng)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及水下目標(biāo)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于小孔徑基陣的高精度水 下目標(biāo)被動(dòng)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著水聲技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，人類開展的水下活動(dòng)日益頻繁。在海洋資源勘 探、海洋生物動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水下航行器定位導(dǎo)航等領(lǐng)域，水下目標(biāo)的高精度定位顯得尤為重 要。目前常用的高精度水下目標(biāo)被動(dòng)定位方法主要采用大孔徑基陣和特定的高分辨陣處理 算法。增大基陣孔徑會(huì)增加工程實(shí)現(xiàn)難度，且基陣孔徑過大，信號(hào)的空間相關(guān)性會(huì)下降，反 而會(huì)降低探測(cè)精度；高分辨的陣處理算法穩(wěn)健性較差，先驗(yàn)條件的不匹配會(huì)導(dǎo)致處理性能 急劇下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)W上存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標(biāo)被動(dòng) 定位方法，基陣孔徑小，大幅降低了系統(tǒng)成本和工程實(shí)踐難度；綜合利用了標(biāo)量水聽器陣常 規(guī)波束形成的穩(wěn)健性和矢量水聽器測(cè)向精度高的優(yōu)點(diǎn)，既保證了定位精度，又不失穩(wěn)健性； 通過基陣兩兩組合進(jìn)行"舉手表決"剔除偽解的方法，可分辨多個(gè)目標(biāo)。因此，本發(fā)明區(qū)別 于W往的水下目標(biāo)高精度被動(dòng)定位系統(tǒng)，具有很大的創(chuàng)新性，可W大幅提高水下目標(biāo)的被 動(dòng)定位能力。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于小孔徑基陣的高精度水下目標(biāo)被動(dòng) 定位方法，包括海底測(cè)量陣和岸基綜合處理機(jī)，其定位方法包括如下步驟： 陽0化]S1、在海區(qū)布放海底測(cè)量陣，海底測(cè)量陣由四個(gè)圓形基陣構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為5km的 正方形目標(biāo)定位區(qū)域，單個(gè)圓形基陣的直徑2. 4m，每個(gè)圓形基陣都由50個(gè)標(biāo)量水聽器均勻 分布于圓周上，矢量水聽器置于基陣的圓屯、處；
[0006] S2、目標(biāo)進(jìn)入海底測(cè)量陣的有效聲學(xué)作用距離時(shí)，相應(yīng)基陣接收到目標(biāo)的福射噪 聲并回傳至岸基綜合處理機(jī)；
[0007] S3、岸基綜合處理機(jī)對(duì)單個(gè)基陣回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理流程為：對(duì)圓形基陣的 標(biāo)量水聽器進(jìn)行波束形成處理，波束形成后的輸出信號(hào)與矢量水聽器接收到的兩路正交信 號(hào)分別進(jìn)行相關(guān)處理，并利用處理后兩路信號(hào)的正交性，解算出目標(biāo)的方位；
[000引 S4、最終定位：通過步驟S3四個(gè)圓形基陣都完成對(duì)目標(biāo)的方位解算后，根據(jù)基陣 之間的幾何關(guān)系解算出目標(biāo)的距離，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)的被動(dòng)定位。
[0009] 所述的步驟S3的處理與解算過程為：
[0010] 每個(gè)標(biāo)量水聽器接收到的聲壓信號(hào)可表示為： |；0011]p〇(t) =s(t)+n(t) (1)
[0012] 其中s(t)為目標(biāo)福射信號(hào)，n(t)為海洋背景噪聲信號(hào)；
[0013] 矢量水聽器接收到的兩路正交的振速信號(hào)可表示為：
[0014]
[0016] 式中0為目標(biāo)相對(duì)于基陣的方位角，P為海水密度，c為聲波在海水中的傳播速 度；
[0017] 根據(jù)波束形成的基本原理，圓形基陣的標(biāo)量水聽器經(jīng)過波束形成后輸出信號(hào)為：
[0018]
(4)
[0019] 式中N為標(biāo)量圓形陣中水聽器的個(gè)數(shù)；
[0020] 將輸出信號(hào)與矢量水聽器的兩路振速信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，利用運(yùn)兩路信號(hào)的正交 性可對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行解算：
[0021]
[0022] 所述的步驟S4定位過程為：
[0023] 利用任意兩個(gè)圓形基陣進(jìn)行方位交匯即可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行二維定位，
[0024] 其中兩個(gè)基陣F1、F2測(cè)得的目標(biāo)方位分別為0 1、0 2,目標(biāo)與基陣圓屯、距離分別為 ri、。，根據(jù)幾何關(guān)系有W下關(guān)系式： 陽0巧]
(6)
[00%] 式中L為兩個(gè)基陣間的距離，在單個(gè)基陣完成方位解算的基礎(chǔ)上，由式（6)的方程 組可解算出距離值：
[0027]
[0029] 所述的步驟S4的多目標(biāo)定位過程如下：
[0030] 當(dāng)存在M個(gè)目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)編號(hào)1，2…M，每個(gè)基陣將解算出M個(gè)方位值，此時(shí)距離解 算公式為：
[0031]
[0033] 式中0 21表示2號(hào)基陣F2對(duì)第i號(hào)目標(biāo)的方位解算結(jié)果，0U表示基陣F1對(duì)第 j號(hào)目標(biāo)的方位解算結(jié)果，此時(shí)基陣兩兩交匯可解算出M2個(gè)距離值，其中有M個(gè)為真值，其 余為偽解；
[0034] 當(dāng)i=j時(shí)，兩個(gè)基陣對(duì)準(zhǔn)同一目標(biāo)，解算結(jié)果為真值。
[0035] 再通過基陣兩兩組合的方式進(jìn)行"舉手表決"選出真值，四個(gè)基陣兩兩組合共有6 種組合方式，每?jī)蓚€(gè)基陣組合均可解算出M2個(gè)結(jié)果，則對(duì)每個(gè)結(jié)果投1票，6種組合均解算 完畢后，每組結(jié)果中必有M個(gè)結(jié)果是重合的，即運(yùn)M個(gè)結(jié)果可得6票，而其余結(jié)果均低于6 票，則得票最高的運(yùn)M個(gè)解算結(jié)果為目標(biāo)的最終位置。
[0036] 有益效果
[0037] 本申請(qǐng)具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
[0038] 基陣孔徑小，大幅降低了系統(tǒng)成本和工程實(shí)踐難度；綜合利用了標(biāo)量水聽器陣常 規(guī)波束形成的穩(wěn)健性和矢量水聽器測(cè)向精度高的優(yōu)點(diǎn)，既保證了定位精度，又不失穩(wěn)健性； 通過基陣兩兩組合進(jìn)行"舉手表決"剔除偽解的方法，可分辨多個(gè)目標(biāo)。因此，本發(fā)明區(qū)別 于W往的水下目標(biāo)高精度被動(dòng)定位系統(tǒng)，具有很大的創(chuàng)新性，可W大幅提高水下目標(biāo)的被 動(dòng)定位能力。
【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。 W40] 圖1本申請(qǐng)實(shí)施例的工作示意圖；
[0041] 圖2為申請(qǐng)實(shí)施例的標(biāo)量圓形陣與矢量水聽器X方向相關(guān)處理結(jié)果圖；
[0042] 圖3為申請(qǐng)實(shí)施例的標(biāo)量圓形陣與矢量水聽器Y方向相關(guān)處理結(jié)果圖；
[0043] 圖4為申請(qǐng)實(shí)施例的雙基陣對(duì)目標(biāo)進(jìn)行距離解算示意圖； W44] 圖5為申請(qǐng)實(shí)施例的四個(gè)基陣和S個(gè)目標(biāo)分布平面示意圖；
[0045] 圖6為申請(qǐng)實(shí)施例的目標(biāo)定位精度結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖W及具體的實(shí)施方式對(duì)上 述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0047] 本發(fā)明提供了一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標(biāo)被動(dòng)定位方法，基陣孔徑 小，大幅降低了系統(tǒng)成本和工程實(shí)踐難度；綜合利用了標(biāo)量水聽器陣常規(guī)波束形成的穩(wěn)健 性和矢量水聽器測(cè)向精度高的優(yōu)點(diǎn)，既保證了定位精度，又不失穩(wěn)健性；通過基陣兩兩組合 進(jìn)行"舉手表決"剔除偽解的方法，可分辨多個(gè)目標(biāo)。因此，本發(fā)明區(qū)別于W往的水下目標(biāo) 高精度被動(dòng)定位系統(tǒng)，具有很大的創(chuàng)新性，可W大幅提高水下目標(biāo)的被動(dòng)定位能力。 W48] 如圖1所示，本發(fā)明所述的一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標(biāo)被動(dòng)定位方 法，包括海底測(cè)量陣和岸基綜合處理機(jī)，其定位方法包括如下步驟：
[0049] S1、在海區(qū)布放海底測(cè)量陣，海底測(cè)量陣由四個(gè)圓形基陣構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為5km的 正方形目標(biāo)定位區(qū)域，單個(gè)圓形基陣的直徑2. 4m，每個(gè)圓形基陣都由50個(gè)標(biāo)量水聽器均勻 分布于圓周上，矢量水聽器置于基陣的圓屯、處；
[0050] S2、目標(biāo)進(jìn)入海底測(cè)量陣的有效聲學(xué)作用距離時(shí)，相應(yīng)基陣接收到目標(biāo)的福射噪 聲并回傳至岸基綜合處理機(jī)；
[0051] S3、岸基綜合處理機(jī)對(duì)單個(gè)基陣回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理流程為：對(duì)圓形基陣的 標(biāo)量水聽器進(jìn)行波束形成處理，波束形成后的輸出信號(hào)與矢量水聽器接收到的兩路正交信 號(hào)分別進(jìn)行相關(guān)處理，并利用處理后兩路信號(hào)的正交性，解算出目標(biāo)的方位；
[0052] S4、最終定位：通過步驟S3四個(gè)圓形基陣都完成對(duì)目標(biāo)的方位解算后，根據(jù)基陣 之間的幾何關(guān)系解算出目標(biāo)的距離，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)的被動(dòng)定位。
[0053] 其中，在本實(shí)施例中，所述的步驟S3的處理與解算過程為：
[0054] 每個(gè)標(biāo)量