一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法.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CN110824428A(43)申请公布日2020.02.21(21)申请号201911073375.X(22)申请日2019.11.06(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人李秀坤刘德铸贾红剑宫君乐于歌朱琳(51)Int.Cl.G01S5/20(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图2页(54)发明名称一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法(57)摘要本发明涉及一种基于声线匹配的被动定位方法领域，尤其涉及一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法领域。一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法，所述方法包括如下步骤：利用水听器阵列接收数据组成接收阵列数据矩阵；确定角度阈值为-15度～15度并据此设计空域滤波器；依据步骤2中设计的空域矩阵滤波器对接收信号进行滤波；利用正交匹配追踪OMP算法提取信道冲激响应；针对空间中的每一个点，计算声信道到达接收水听器的理论模型传播时间；计算代价函数；寻找峰值即为目标位置。本发明的有益效果在于：提高匹配场定位方法的鲁棒性，采用空域矩阵滤波技术滤除大入射角的声线，在保留较强声线信息的同时抑制了部分噪声，提高信噪比。CN110824428ACN110824428A权利要求书1/1页1.一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：(1)利用水听器阵列接收数据组成接收阵列数据矩阵，其计算方法为：x(t)＝[xp(t)；xvx(t)；xvy(t)]其中，xp(t)表示阵列的声压通道的阵列接收数据，xvx(t)表示阵列的vx通道的阵列接收数据，xvy(t)表示阵列的vy通道的阵列接收数据；(2)确定角度阈值为-15度～15度并据此设计空域滤波器；(3)依据步骤2中设计的空域矩阵滤波器G对接收信号进行滤波，滤除入射角过大的声线，方法为y(t)＝GHx(t),(·)H表示共轭转置；(4)利用正交匹配追踪OMP算法从y(t)中提取信道冲激响应，得到T′i，其中i＝2,…,N，T′i表示声信号到达第i号水听器阵元的实际观测传播时间；(5)针对空间中的每一个点，坐标为(r,z)，计算Ti(r,z)，其中Ti(r,z)表示声信道到达第i号接收水听器的理论模型传播时间；(6)计算代价函数Tij(r,z)＝Ti(r,z)-Tj(r,z),T′ij＝T′i-T′j式中，N为接收水听器阵基元数,Ti为声信号到达第i号接收水听器的理论模型传播时间，Ti′为声信号到达第i号接收水听器的实际观测传播时间，Tj为声信号到达第j号接收水听器的理论模型传播时间，T′j为声信号到达第j号接收水听器的实际观测传播时间，Tij为理论模型中声信号在相邻基元上的传播时延，T′ij为理论模型中声信号实际观测的传播时延；(7)利用公式寻找峰值，峰值对应的坐标即为目标位置，就是用于估计声源位置的能量函数。2.根据权利要求1所述的一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法，其特征是：所述步骤(2)中，空域滤波器的设计方法为：Hs.t.||Ga(θs)||≤δ,θs∈ΘS||GH||≤σ式中，G为空域矩阵滤波器，δ为指定的阻带扇面内噪声衰减率，通常取值为0.001，||·||表示矩阵的2-范数，σ为噪声通过该空域滤波矩阵后功率的方均值，ΘS为阻带角度集合，在此范围内的角度将被抑制，Θp为通带角度集合，a(θs)和a(θp)为方向向量。2CN110824428A说明书1/7页一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于声线匹配的被动定位方法领域，尤其涉及一种垂直矢量阵水下声线匹配被动定位方法领域。背景技术[0002]一、高斯射线束方法[0003]声场建模与拷贝声场计算是匹配场声源定位研究的重要内容之一。匹配场处理中，前向声场的数据就是在假定的模型参数下，运用相应的声场计算理论获得。声场模型的精确性以及拷贝声场的计算精度和速度决定了匹配场声源定位的精度与速度。根据不同的声场模型选择不同的声场计算理论是提高声场计算精度和计算速度的重要方法之一。目前所发展的声场数值预报方法主要有：简正波算法、射线算法、波数计分方法等。在海洋声传播的研究中，在高频声波、近距离情况下，射线声学是主要的研究方法。[0004]在射线声学方法中，高斯波束跟踪方法对于高频水平变化问题特别有吸引力，它很好地解决了射线理论有关声影区和会聚区计算不准确的问题，所提供的结果与全波动模型的结果更为一致。高斯射线束方法是在传统射线理论的基础上，认为声场能量不是相邻两射线之间(即射线管内)平均分配，而是以每条射线为中心，能量在统计上按高斯统计分布变化。[0005]高斯射线束的中心射线遵守标