一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標被動定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及水下目標定位技術領域，具體地說是一種基于小孔徑基陣的高精度水 下目標被動定位方法。
【背景技術】
[0002] 隨著水聲技術的不斷進步與發展，人類開展的水下活動日益頻繁。在海洋資源勘 探、海洋生物動態監測、水下航行器定位導航等領域，水下目標的高精度定位顯得尤為重 要。目前常用的高精度水下目標被動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。增大基陣孔徑會增加工程實現難度，且基陣孔徑過大，信號的空間相關性會下降，反 而會降低探測精度；高分辨的陣處理算法穩健性較差，先驗條件的不匹配會導致處理性能 急劇下降。
【發明內容】
[0003] 針對W上存在的問題，本發明提出了一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標被動 定位方法，基陣孔徑小，大幅降低了系統成本和工程實踐難度；綜合利用了標量水聽器陣常 規波束形成的穩健性和矢量水聽器測向精度高的優點，既保證了定位精度，又不失穩健性； 通過基陣兩兩組合進行"舉手表決"剔除偽解的方法，可分辨多個目標。因此，本發明區別 于W往的水下目標高精度被動定位系統，具有很大的創新性，可W大幅提高水下目標的被 動定位能力。
[0004] 為解決上述技術問題，本申請提供了一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標被動 定位方法，包括海底測量陣和岸基綜合處理機，其定位方法包括如下步驟： 陽0化]S1、在海區布放海底測量陣，海底測量陣由四個圓形基陣構成一個邊長為5km的 正方形目標定位區域，單個圓形基陣的直徑2. 4m，每個圓形基陣都由50個標量水聽器均勻 分布于圓周上，矢量水聽器置于基陣的圓屯、處；
[0006] S2、目標進入海底測量陣的有效聲學作用距離時，相應基陣接收到目標的福射噪 聲并回傳至岸基綜合處理機；
[0007] S3、岸基綜合處理機對單個基陣回傳的數據進行處理，處理流程為：對圓形基陣的 標量水聽器進行波束形成處理，波束形成后的輸出信號與矢量水聽器接收到的兩路正交信 號分別進行相關處理，并利用處理后兩路信號的正交性，解算出目標的方位；
[000引 S4、最終定位：通過步驟S3四個圓形基陣都完成對目標的方位解算后，根據基陣 之間的幾何關系解算出目標的距離，從而實現一個或者多個目標的被動定位。
[0009] 所述的步驟S3的處理與解算過程為：
[0010] 每個標量水聽器接收到的聲壓信號可表示為： |；0011]p〇(t) =s(t)+n(t) (1)
[0012] 其中s(t)為目標福射信號，n(t)為海洋背景噪聲信號；
[0013] 矢量水聽器接收到的兩路正交的振速信號可表示為：
[0014]
[0016] 式中0為目標相對于基陣的方位角，P為海水密度，c為聲波在海水中的傳播速 度；
[0017] 根據波束形成的基本原理，圓形基陣的標量水聽器經過波束形成后輸出信號為：
[0018]
(4)
[0019] 式中N為標量圓形陣中水聽器的個數；
[0020] 將輸出信號與矢量水聽器的兩路振速信號進行相關處理，利用運兩路信號的正交 性可對目標方位進行解算：
[0021]
[0022] 所述的步驟S4定位過程為：
[0023] 利用任意兩個圓形基陣進行方位交匯即可對目標進行二維定位，
[0024] 其中兩個基陣F1、F2測得的目標方位分別為0 1、0 2,目標與基陣圓屯、距離分別為 ri、。，根據幾何關系有W下關系式： 陽0巧]
(6)
[00%] 式中L為兩個基陣間的距離，在單個基陣完成方位解算的基礎上，由式（6)的方程 組可解算出距離值：
[0027]
[0029] 所述的步驟S4的多目標定位過程如下：
[0030] 當存在M個目標時，目標編號1，2…M，每個基陣將解算出M個方位值，此時距離解 算公式為：
[0031]
[0033] 式中0 21表示2號基陣F2對第i號目標的方位解算結果，0U表示基陣F1對第 j號目標的方位解算結果，此時基陣兩兩交匯可解算出M2個距離值，其中有M個為真值，其 余為偽解；
[0034] 當i=j時，兩個基陣對準同一目標，解算結果為真值。
[0035] 再通過基陣兩兩組合的方式進行"舉手表決"選出真值，四個基陣兩兩組合共有6 種組合方式，每兩個基陣組合均可解算出M2個結果，則對每個結果投1票，6種組合均解算 完畢后，每組結果中必有M個結果是重合的，即運M個結果可得6票，而其余結果均低于6 票，則得票最高的運M個解算結果為目標的最終位置。
[0036] 有益效果
[0037] 本申請具有如下技術效果或優點：
[0038] 基陣孔徑小，大幅降低了系統成本和工程實踐難度；綜合利用了標量水聽器陣常 規波束形成的穩健性和矢量水聽器測向精度高的優點，既保證了定位精度，又不失穩健性； 通過基陣兩兩組合進行"舉手表決"剔除偽解的方法，可分辨多個目標。因此，本發明區別 于W往的水下目標高精度被動定位系統，具有很大的創新性，可W大幅提高水下目標的被 動定位能力。
【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是本發 明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可W 根據運些附圖獲得其他的附圖。 W40] 圖1本申請實施例的工作示意圖；
[0041] 圖2為申請實施例的標量圓形陣與矢量水聽器X方向相關處理結果圖；
[0042] 圖3為申請實施例的標量圓形陣與矢量水聽器Y方向相關處理結果圖；
[0043] 圖4為申請實施例的雙基陣對目標進行距離解算示意圖； W44] 圖5為申請實施例的四個基陣和S個目標分布平面示意圖；
[0045] 圖6為申請實施例的目標定位精度結果圖。
【具體實施方式】
[0046] 為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖W及具體的實施方式對上 述技術方案進行詳細的說明。
[0047] 本發明提供了一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標被動定位方法，基陣孔徑 小，大幅降低了系統成本和工程實踐難度；綜合利用了標量水聽器陣常規波束形成的穩健 性和矢量水聽器測向精度高的優點，既保證了定位精度，又不失穩健性；通過基陣兩兩組合 進行"舉手表決"剔除偽解的方法，可分辨多個目標。因此，本發明區別于W往的水下目標 高精度被動定位系統，具有很大的創新性，可W大幅提高水下目標的被動定位能力。 W48] 如圖1所示，本發明所述的一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標被動定位方 法，包括海底測量陣和岸基綜合處理機，其定位方法包括如下步驟：
[0049] S1、在海區布放海底測量陣，海底測量陣由四個圓形基陣構成一個邊長為5km的 正方形目標定位區域，單個圓形基陣的直徑2. 4m，每個圓形基陣都由50個標量水聽器均勻 分布于圓周上，矢量水聽器置于基陣的圓屯、處；
[0050] S2、目標進入海底測量陣的有效聲學作用距離時，相應基陣接收到目標的福射噪 聲并回傳至岸基綜合處理機；
[0051] S3、岸基綜合處理機對單個基陣回傳的數據進行處理，處理流程為：對圓形基陣的 標量水聽器進行波束形成處理，波束形成后的輸出信號與矢量水聽器接收到的兩路正交信 號分別進行相關處理，并利用處理后兩路信號的正交性，解算出目標的方位；
[0052] S4、最終定位：通過步驟S3四個圓形基陣都完成對目標的方位解算后，根據基陣 之間的幾何關系解算出目標的距離，從而實現一個或者多個目標的被動定位。
[0053] 其中，在本實施例中，所述的步驟S3的處理與解算過程為：
[0054] 每個標量