水聽器接收到的聲壓信號可表示為： 陽化 5] p〇(t) =s(t)+n(t) (1)
[0056] 其中s(t)為目標福射信號，n(t)為海洋背景噪聲信號；
[0057] 矢量水聽器接收到的兩路正交的振速信號可表示為：
[0058]
[0060] 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；
[0061] 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：
[0062]
(4)
[0063] 式中N為標量圓形陣中水聽器的個數；
[0064] 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，結果如圖2和圖3所示。 陽0化]
[0066] 其中，在本實施例中，所述的步驟S4定位過程為：
[0067] 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， W側其中兩個基陣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、如圖4所示，根據幾何關系有W下關系式：
[0069]
C6)
[0070] 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：
[0071]
[0073] 其中，在本實施例中，所述的步驟S4的多目標定位過程如下：
[0074] 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： 陽0巧]
[0077]式中021表示2號基陣F2對第i號目標的方位解算結果，01,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； 陽07引當i=j時，兩個基陣對準同一目標，解算結果為真值。
[0079] 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。
[0080] 方法驗證
[0081] 下面給出用本發明所述方法對水下目標進行被動定位的驗證結果。驗證中，布 放如圖1所示的5kmX5km海底測量陣，海區水深100米，基陣坐標分別為F1 (0,0,100)、 F2 巧000,0,100)、F3 (0, 5000,100)、F4 巧000, 5000,100);預設目標聲源S1、S2、S3 的坐標分 別為S1 (1250, 2500, 5)，S2 (1679,1679, 5)，S3 (2500, 2500,10)，（單位：米）。基陣和目標聲 源的平面示意圖如圖5所示。 陽0間圖6為；個目標聲源的定位精度情況，從圖中可W看出，S1的測向精度為0. 8°， 測距精度為71m，測距相對誤差2. 5% ;S2測向精度為1. 0°，測距精度為84m，測距相對誤差 3.5% ;目標聲源位于陣中屯、時，S3測向精度為0.5°，測距精度為34m，測距相對誤差1% ; 總的來看，測向誤差均在rW內，測距相對誤差也低于5%，本發明利用小孔徑基陣實現 了水下多目標的高精度定位。
[0083] W上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖 然本發明已W較佳實施例演示如上，然而并非用W限定本發明，任何熟悉本專業的技術人 員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述掲示的技術內容作出些許更動或修飾 為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質 對W上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1. 一種基于小孔徑基陣的高精度水下目標被動定位方法，其特征在于，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： 51、 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心處； 52、 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輻射噪聲并 回傳至岸基綜合處理機； 53、 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； 54、 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。2. 根據權利要求1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，其特 征在于：所述的步驟S3的處理與解算過程為： 每個標量水聽器接收到的聲壓信號可表示為： p〇(t) = s(t)+n(t) (I) 其中s(t)為目標輻射信號，n(t)為海洋背景噪聲信號； 矢量水聽器接收到的兩路正交的振速信號可表示為：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； 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：式中N為標量圓形陣中水聽器的個數； 將輸出信號與矢量水聽器的兩路振速信號進行相關處理，利用這兩路信號的正交性可 對目標方位進行解算：σ3. 根據權利要求1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，其特 征在于：所述的步驟S4定位過程為： 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， 其中兩個基陣F1、F2測得的目標方位分別為0^ θ2，目標與基陣圓心距離分別為ri、 r2，根據幾何關系有以下關系式：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：4.根據權利要求1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，其特 征在于：所述的步驟S4的多目標定位過程如下： 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：式中9?表不2號基陣F2對第i號目標的方位解算結果，Θ ^表不基陣Fl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； 當i = j時，兩個基陣對準同一目標，解算結果為真值； 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，即這M個結果可得6票，而其余結果均低于6票，則 得票最高的這M個解算結果為目標的最終位置。
【專利摘要】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，包括海底測量陣和岸基綜合處理機，定位方法包括如下步驟：S1、在海區布放海底測量陣，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輻射噪聲并回傳至岸基綜合處理機；S3、岸基綜合處理機對單個基陣回傳的數據進行處理，S4、最終定位，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，可以大幅提高水下目標的被動定位能力。
【IPC分類】G01S15/06
【公開號】CN105182347
【申請號】CN201510473615
【發明人】彭水, 張俊, 張永超, 李帥, 朱元林, 徐國貴, 代偉
【申請人】中國人民解放軍91388部隊
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月5日