基于格林函数二维解卷积的阵不变量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CN112034441A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号202010960345.7(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)发明人王宇杰迟骋李宇黄海宁(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)G01S15/08(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法及系统(57)摘要本发明公开了基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法及系统，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二维解卷积处理，得到时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间；根据时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间计算得到阵不变量；由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。本发明的方法显著提高了被动目标定位精度，既可用于水平阵，也可用于垂直阵，在小孔径移动水平阵情况下，优势更加凸显。CN112034441ACN112034441A权利要求书1/3页1.一种基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法，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二维解卷积处理，得到时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间；根据时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间计算得到阵不变量；由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所述的基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法，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轴的坐标；计算位置为rn＝(0,yn,z0)的第n个阵元的接收信号频谱Pn(ω)：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所述的基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法，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)：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)-ωT(θk,φ)其中，ω为角频率，φ为水平方位角，T(θk,φ)为第k条入射路径的入射时间，θk为目标声源第k条入射路径的掠射角，k∈(1,K)，K为入射路径总数；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所述的基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法，其特征在于，所述对频域格林函数的估计值进行二维解卷积处理，得到时域格林函数各斜线的入射角和相对入射时间；具体包括：2CN112034441A权利要求书2/3页将第n个阵元的频域格林函数进行逆快速傅里叶变化，得到时域格林函数，据此绘制时域格林函数图像；定义二维旋转矩阵Ψ＝[μ(t0),μ(t1),...μ(tm),...μ(tM)]；其中，Tμ(tm)＝[μ1(tm),μ2(tm),…,μn(tm),…,μN(tm)]，其中，T表示转置，N为阵元的个数，为旋转角，为旋转角时第n个阵列元的阵列时延，tm为入射时间；将二维旋转矩阵Ψ与阵元格林函数G(rs,ωq)相乘，输出为：其中，Ak为第k条入射路径的幅值，ωq为离散角频率，ωmin和ωmax分别是频谱的下限和上限，d表示阵元间距，为时域格林函数第k条入射路径的入射角，Tk为第k条入射路径的相对入射时间，t表示时间；得到能量输出为：转换为卷积形式：其中，为角度自变量，c为环境的声速，为时间自变量；从而得到使用解卷积算法，求解得到和Tk，进而得到每条入射路径的入射角和相对入射时间。5.根据权利要求4所述的基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法