一种基于深海垂直阵的波导不变量估计方法.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CN113671507A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110797097.3(22)申请日2021.07.14(71)申请人中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院地址100071北京市丰台区东大街53号院(72)发明人罗再磊郜永帅沈同圣刘峰(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人高会允(51)Int.Cl.G01S15/58(2006.01)G01S15/42(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于深海垂直阵的波导不变量估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于深海垂直阵的波导不变量估计方法，涉及水声参数估计技术领域，该方法能够在目标距离已知和未知两种情况下对波导不变量进行估计，方法简便。本发明的技术方案包括如下步骤：S1建立波导不变量β、多途时延参数bv、信号到达掠射角θ、到达时延t和目标距离R之间的函数关系。S2利用部署在深海海底的垂直水听器阵列接收到的目标辐射声信号，对其做短时频域波束形成处理得到波束时延图。S3对波束时延图进行聚类并提取波束峰值点及对应的时延值。S4针对所提取的波束峰之巅利用最小二乘法进行曲线拟合从而求解多途时延参数。S5针对不同的目标距离先验信息，联合实测多途时延参数估计波导不变量。CN113671507ACN113671507A权利要求书1/2页1.一种基于深海垂直阵的波导不变量估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1建立波导不变量β、多途时延参数bv、信号到达掠射角θ、到达时延t和目标距离R之间的函数关系；S2利用部署在深海海底的垂直水听器阵列接收到的目标辐射声信号，对其做短时频域波束形成处理得到波束时延图；S3对所述波束时延图进行聚类并提取波束峰值点及对应的时延值；S4针对所提取的波束峰之巅利用最小二乘法进行曲线拟合从而求解多途时延参数；S5针对不同的目标距离先验信息，联合实测多途时延参数估计波导不变量。2.如权利要求1所述的基于深海垂直阵的波导不变量估计方法，其特征在于，S1具体包括如下步骤：S11：根据波导不变量的定义据此推导出波导不变量的具体表达式，式中群速度相速度c为声速；s用于指代sinθ；Sg为群慢度；SP为相慢度；S12：根据步骤S11，得到S13：对S12步骤中的公式左右整理并进行积分得式中定义bv为多途时延参数bv＝R/(cβ)；在横坐标为时间t，纵坐标为sinθ的波束—时间图中，直达声和多途到达信号拟合的曲线满足椭圆方程，且拟合椭圆的中心位于(0,tc)，拟合椭圆的水平长半轴等于bv；S14：由S13中的关系，推导出波导不变量、距离、声速和多途时延参数关系为3.如权利要求2所述的基于深海垂直阵的波导不变量估计方法，其特征在于，S2包括如下具体步骤：S21：选定某通道信号和时间窗T，对限定时间段内的信号做傅里叶变换分析目标信号的频率成分分布；S22：选定信号频段fL‑fH，fL、fH分别为信号频段的下限和上限；对所有通道信号做短时频域波束形成得到波达俯仰角φ，取余数得到各时间段接收声信号掠射角θ及其正弦值sinθ；做一次短时频域波束形成，得到波束‑时延图并将峰值分贝化。4.如权利要求3所述的基于深海垂直阵的波导不变量估计方法，其特征在于，S3包括如下步骤：S31：经过S2步骤得到波束时延图后，找到其中峰值高于设定门限的峰值点；S32：对到达时间紧邻的多个峰值点进行归类，即当两个峰值点到达时间间隔小于设定时间门限时，将两个峰值点视作一个集合；2CN113671507A权利要求书2/2页S3：从聚类后的多个峰值集合中挑选峰值最大值的点{smax(t1),smax(t2),...,smax(tN)}；其中smax(t1),smax(t2),...,smax(tN)分别为第1～第N个峰值最大点，t1～tN分别为第1～第N个峰值最大点的时延值。5.如权利要求4所述的基于深海垂直阵的波导不变量估计方法，其特征在于，S4包括如下子步骤：S41：利用最小二乘估计对S33中的峰值最大点进行椭圆拟合；S42：得到拟合椭圆方程后计算椭圆水平长半轴的值；S43：S42得到的椭圆水平长半轴的值即为多途时延参数bv。6.如权利要求1所述的基于深海垂直阵的波导不变量估计方法，其特征在于，S5包括如下子步骤：针对目标距离已知情况，结合S14步骤中各参数的关系，将R,bv,c三个参数带入到公式中得到该距离下的波导不变量；针对目标距离未知情况，结合试验所测声速分布，利用BELLHOP仿真声信号到达俯仰角随距离变化曲线；结合S2步骤估计目标俯仰角，利用匹配俯仰角的方法估计目标距离，再带入到S14步骤公式中估计波导不变量。3CN113671507A说明书1/5页一种