基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112098983A(43)申请公布日2020.12.18(21)申请号202010960346.1(22)申请日2020.09.14(71)申请人中国科学院声学研究所地址100190北京市海淀区北四环西路21号(72)发明人迟骋王宇杰李宇黄海宁(74)专利代理机构北京方安思达知识产权代理有限公司11472代理人陈琳琳李彪(51)Int.Cl.G01S7/539(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法及系统(57)摘要本发明公开了基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法及系统，该方法包括：使用N元水平均匀线阵，接收水下声场中目标声源的辐射信号，通过对水听器采集的声压信号频谱分析，得到每个阵元的接收信号频谱；根据接收信号频谱，通过盲解卷积计算得到频域格林函数的估计值；对频域格林函数的估计值进行逆傅里叶变换，从得到的各阵元时域格林函数提取目标多径相对入射时间，然后通过解卷积处理方法，计算得到目标多径入射角；根据目标多径入射角计算得到阵不变量；根据阵不变量计算得到目标声源的距离，从而实现对目标声源的定位。本发明实现了浅海小孔径水平阵条件下稳健无源被动定位，在计算量未显著增加的情况下，获得了更高的被动定位精度。CN112098983ACN112098983A权利要求书1/3页1.一种基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法，所述方法包括：使用N元水平均匀线阵，接收水下声场中目标声源的辐射信号，通过对水听器采集的声压信号频谱分析，得到每个阵元的接收信号频谱；根据接收信号频谱，通过盲解卷积计算得到频域格林函数的估计值；对频域格林函数的估计值进行逆傅里叶变换，从得到的各阵元时域格林函数提取目标多径相对入射时间，然后通过解卷积处理方法，计算得到目标多径入射角；根据目标多径入射角计算得到阵不变量；根据阵不变量计算得到目标声源的距离，从而实现对目标声源的定位。2.根据权利要求1所述的基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法，其特征在于，所述使用N元水平均匀线阵，接收水下声场中目标声源的辐射信号，通过对水听器采集的声压信号频谱分析，得到每个阵元的接收信号频谱；具体为：N元水平均匀线阵位于y轴，其中心阵元位置为(0,0,z0)，z0为中心阵元在z轴坐标；位于rn＝(0,yn,z0)的第n个阵元的接收信号频谱Pn(ω)为：其中，yn为第n个阵元在y轴的坐标值，ω为角频率，G(rn,rs,ω)为位于rs的目标声源和n个阵元之间的格林函数，1＜n＜N，Φs(ω)为目标声源信号的相位分量，S(ω)为目标声源信号的频谱：3.根据权利要求2所述的基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法，其特征在于，所述根据接收信号频谱，通过盲解卷积计算得到频域格林函数的估计值；具体为：对接收信号频谱Pn(ω)进行常规波束形成，计算得到波束形成结果F(ω,φ)：其中，φ为水平方位角，Tk为第k条入射路径的入射时间，k∈(1,K)，K为入射路径总数；根据F(ω,φ)计算波束能量结果，由波束能量结果的最大值得到波束形成结果的相位ψ(ω,φ)：ψ(ω,φ)＝Φs(ω)-ωTk；从Pn(ω)中移除声源信号的相位分量，得到第n个阵元的频域格林函数的估值其中，G(rn,rs,ω)为第n个阵元的频域格林函数的理论值。4.根据权利要求3所述的基于空域解卷积处理的浅海水平阵被动定位方法，其特征在于，所述对频域格林函数的估计值进行逆傅里叶变换，从得到的各阵元时域格林函数提取目标多径相对入射时间，然后通过解卷积处理方法，计算得到目标多径入射角；具体包括：将频域格林函数G(rn,rs,ω)用一组射线表示为：2CN112098983A权利要求书2/3页其中，Ak为第k条入射路径的幅值，θk是声源第k条入射路径的掠射角，τn(θk,φ)为第k条入射路径在第n个阵元的阵列时延，令为第k条入射路径的阵列测量角；由此格林函数的射线表达式为：T令G(rs,ω)＝[G(r1,rs,ω),G(r2,rs,ω),…G(rN,rs,ω)]，T表示转置；对进行傅里叶逆变换，根据傅里叶逆变换的结果画出时域格林函数图像，计算每条入射路径的相对入射时间Tk；由第m条入射路径的入射时间为Tm，m∈(1,K)，设置时间和角度的二维旋转量μ＝[μ1,μ2,…,μn,…,μN]，其中μn为：格林函数时间-方位旋转之后输出为：其中，为旋转角，ω1和ω2分别是离散频谱的上下限，ωq为离散角频率，d表示阵元间距，Am为第m条入射路径的强度；能量输出为：写成卷积格式：其中，其中，为自变量，c为环境的声速，为第m条入射路径的入射角度；通过解卷积算法解得得到第m条入射路径的入射角度进而分别求出每条入