一种基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法技术

本发明专利技术提供了一种基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法，该方法基于大桥防撞装置实现，所述装置包括两个随机换能器基阵，分别安装在大桥两侧的桥墩上，用于接收通航船舶的辐射噪声信号；所述方法包括：两个随机换能器基阵对接收到的通航船舶的辐射噪声信号进行预处理、频谱分析和带通滤波，得到船舶辐射噪声的有用信号；采用宽带频域非相干处理方法对船舶辐射噪声的有用信号进行角度估计，得到船舶相对于两个随机换能器基阵的角度θ1和θ2；从而计算出船舶的坐标；根据大桥两侧桥墩到船舶的距离判定船舶是否进入大桥防撞危险局域。本发明专利技术提出的方法测量精度高，装置安装简单方便，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海洋领域的水声信号处理方法，具体涉及一种基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法。
技术介绍
跨河跨海大桥的建设，极大的缓解了路上交通的拥挤。但是大量跨河跨海桥梁的修建，相当于给水上交通制造了许多障碍物，并且随着船舶向大型化发展和船舶通航密度逐渐增大，导致通航船舶碰撞桥梁事故频繁发生，对海上交通造成了极大的威胁。现阶段应用在防撞预警系统的方法主要有：激光感应、雷达定位、视频监控和水声定位等。水声目标定位主要分为被动目标定位和主动目标定位，与主动目标定位相比，被动定位的隐蔽性较好。常用的被动定位方法有传统的被动定位方法、目标运动定位分析法、匹配场被动定位方法、多基阵联合的纯方位被动跟踪方法等。但上述方法存在一定的不足，如传统的被动定位方法，包括三子阵法和球面内插法，但其需要预先知道时延差，存在较大的误差；目标运动定位分析法，在实时跟踪时应用困难；匹配场被动定位方法，在信道环境复杂的条件下存在较大的误差；多基阵联合的纯方位被动跟踪方法，其设备较复杂，成本较高等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前水声目标被动定位方法存在的上述缺陷，提出了一种基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法，该方法将两条随机换能器基阵安装在大桥两侧的桥墩上，被动接收靠近大桥的通航船舶的辐射噪声，然后利用频域角度估计方法，对辐射噪声信号进行处理，进行船舶角度估计，最后根据双基阵间距以及与船舶的角度信息，融合估计出船舶与桥墩的距离，并判断是否进入危险区，及时发出预警。该方法能实时检测出船舶距离桥墩的距离，及时发出预警，检测精度高，并且简单方便，易于安装和维护，成本较低。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法，该方法基于大桥防撞装置实现，所述装置包括两个随机换能器基阵，分别安装在大桥两侧的桥墩上，用于接收通航船舶的辐射噪声信号；所述方法包括：两个随
机换能器基阵对接收到的通航船舶的辐射噪声信号进行预处理、频谱分析和带通滤波，得到船舶辐射噪声的有用信号；采用宽带频域非相干处理方法对船舶辐射噪声的有用信号进行角度估计，得到船舶相对于两个随机换能器基阵的角度θ1和θ2；从而计算出船舶的坐标(x0,y0)；根据大桥两侧桥墩到船舶的距离判定船舶是否进入大桥防撞危险局域。上述技术方案中，所述方法具体包括：步骤1)两个随机换能器基阵被动接收通航船舶的辐射噪声信号，对船舶辐射噪声信号进行功率放大、带通滤波预处理；步骤2)对预处理之后的船舶辐射噪声信号进行频谱分析，得到船舶辐射噪声信号的显著频率分布范围；步骤3)根据船舶辐射噪声信号的显著频率分布范围，对船舶辐射噪声信号进行带通滤波，去除其它频率的无用噪声，筛选出船舶辐射噪声的有用信号；步骤4)采用宽带频域非相干处理方法，对步骤3)得到的输出信号进行角度估计，得到船舶相对于两个随机换能器基阵的角度θ1和θ2；步骤5)根据两个角度值θ1和θ2，求解船舶的坐标(x0,y0)。步骤6)计算得到船舶距离两个桥墩的长度： r 1 = ( x 0 - x 1 ) 2 + ( y 0 - y 1 ) 2 , ]]> r 2 = ( x 0 - x 2 ) 2 + ( y 0 - y 2 ) 2 ; ]]>其中，(x1,y1)，(x2,y2)分别为两个桥墩的坐标；步骤7)设定大桥避撞危险局域半径为D，若r1≤D或r2≤D，则发出警报信息。上述技术方案中，所述步骤4)具体包括：步骤401)对步骤3)输出的数据进行时域数据分段，分为K个数据段，每段数据的采样点数为J；对每段数据进行J点的FFT变化处理，取K个数据段中相同频率柜的数据组成频域快拍数据，则宽带信号模型可以用频域表示为：X(fj)＝A(fj)S(fj)+N(fj) j＝1,2,…,J式中，A(fj)是M×N的导向矢量矩阵，S(fj)为接收信号复包络，N(fj)为无用信号噪声，M为阵元个数，N为信号源个数，船舶辐射噪声频段共分为J个频率柜，fj为第j个频率柜；步骤402)根据最大似然估计定理，估计出每个频率柜上的采样数据协方差矩阵：R(fj)＝X(fj)XH(fj)/K步骤403)对协方差矩阵进行信号到达角度估计处理，估计得到每个频率柜所对应的角度功率谱： P j ( θ ) = 1 a H ( θ ) R 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法，该方法基于大桥防撞装置实现，所述装置包括两个随机换能器基阵，分别安装在大桥两侧的桥墩上，用于接收通航船舶的辐射噪声信号；所述方法包括：两个随机换能器基阵对接收到的通航船舶的辐射噪声信号进行预处理、频谱分析和带通滤波，得到船舶辐射噪声的有用信号；采用宽带频域非相干处理方法对船舶辐射噪声的有用信号进行角度估计，得到船舶相对于两个随机换能器基阵的角度θ1和θ2；从而计算出船舶的坐标；根据大桥两侧桥墩到船舶的距离判定船舶是否进入大桥防撞危险局域。

【技术特征摘要】
1.一种基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法，该方法基于大桥防撞装置实现，所述装置包括两个随机换能器基阵，分别安装在大桥两侧的桥墩上，用于接收通航船舶的辐射噪声信号；所述方法包括：两个随机换能器基阵对接收到的通航船舶的辐射噪声信号进行预处理、频谱分析和带通滤波，得到船舶辐射噪声的有用信号；采用宽带频域非相干处理方法对船舶辐射噪声的有用信号进行角度估计，得到船舶相对于两个随机换能器基阵的角度θ1和θ2；从而计算出船舶的坐标；根据大桥两侧桥墩到船舶的距离判定船舶是否进入大桥防撞危险局域。2.根据权利要求1所述的基于双随机基阵被动定位的大桥防撞方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤1)两个随机换能器基阵被动接收通航船舶的辐射噪声信号，对船舶辐射噪声信号进行功率放大、带通滤波预处理；步骤2)对预处理之后的船舶辐射噪声信号进行频谱分析，得到船舶辐射噪声信号的频率分布范围；步骤3)根据船舶辐射噪声信号的频率分布范围，对船舶辐射噪声信号进行带通滤波，去除其它频率的无用噪声，筛选出船舶辐射噪声的有用信号；步骤4)采用宽带频域非相干处理方法，对步骤3)得到的噪声信号进行角度估计，得到船舶相对于两个随机换能器基阵的角度θ1和θ2；步骤5)根据两个角度值θ1和θ2，求解船舶的坐标(x0,y0)；步骤6)计算得到船舶距离两个桥墩的长度： r 1 = ( x 0 - x 1 ) 2 + ( y 0 - y 1 ) 2 , ]]> r 2 = ( x 0 - x 2 ) 2 + ( y 0 - y 2 ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫路，许枫，唐浩，安旭东，王梦宾，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11