基于方位历程图伴随条纹的水下目标深度和距离定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于方位历程图伴随条纹的水下目标深度和距离定位方法。读取方位历程图上的一条主条纹和左右两条伴随条纹，获得这三条条纹的方位角；读取观测设备距水底的高度和距水面的深度；根据观测设备建立竖直的二维区域直角坐标系；在二维区域直角坐标系下，观测设备根据方位历程图中真实目标、目标表反射镜像、目标底反射镜像的三者之间的几何关系，利用两条伴随条纹的方位角、高度、深度处理获得真实目标在水下的深度和距离。本发明专利技术通过方位历程图伴随条纹快速进行目标深度定位和距离估计，计算简洁、无需复杂的声传播模型，计算速度快、低碳，可始终自动跟踪目标，并在跟踪过程中根据其深度的变化进一步确定是水下、水上目标。上目标。上目标。

【技术实现步骤摘要】
基于方位历程图伴随条纹的水下目标深度和距离定位方法


[0001]本专利技术涉及了一种海洋水下目标位置估计方法，尤其是涉及了一种基于方位历程图伴随条纹的水下目标深度定位和距离估计的方法。

技术介绍

[0002]现有的目标深度和距离定位方法，常见的是匹配场处理。该方法利用垂直水听器阵列收集到的声信号，在一定的方位角上的垂直剖面内进行网格划分，然后将声源分别至于所有这些网格内进行声传播模拟，分别计算到达水听器阵列的声场特征，并与实际采集到的该处声场进行一一匹配，匹配度最好的情况对应着声源实际最可能所处的深度和水平位置。现有方法计算量大、对水文环境要求较高。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中存在的问题，为了解决传统目标深度和距离定位方法中普遍存在的计算量大、计算速度慢的问题，本专利技术提出了一种利用方位历程图上的伴随条纹进行目标深度的方法，能准确快速获得水下目标的位置和深度。
[0004]本专利技术方法计算量小、就算速度快、支持同一时间多目标集群分析、可以在跟踪过程中根据其深度的变化进一步确定目标是水面或者水下舰艇。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]在方位历程图上，有时候目标两侧会分别出现一条伴随条纹，其强度弱于目标条纹。这两条伴随条纹形成的本质是声传播在海洋环境中的多径效应，即海洋的表面、海底、以及层化的海洋造成的多波导。传统上，一般会把这两条伴随条纹当作噪声处理掉。
[0007]本专利技术发现，在满足一定的假设前提下，可以利用这些伴随条纹，基于几何光学的原理，直接计算获得目标的深度、目标相对于阵列的水平距离，提高速度和效率，同时能够获得很好的准确性。
[0008]本专利技术方案中，将左右两条伴随条纹对应着表面反射、底反射(中间的主条纹对应着直达信号)，以此进行数据处理获得准确的水下目标深度估计结果。
[0009]具体地，利用观测设备随船只在水下移动对真实目标进行实时探测获得方位历程图，进而根据实时的方位历程图按照以下方法步骤处理：
[0010]1)读取某一时刻的方位历程图上的一条主条纹和左右两条伴随条纹，获得主条纹的方位角θ2和两条伴随条纹的方位角θ1和θ3；
[0011]2)读取观测设备距水底的高度h和距水面的深度d；
[0012]3)根据观测设备建立竖直的二维区域直角坐标系；
[0013]4)在二维区域直角坐标系下，观测设备根据方位历程图中真实目标、目标表反射镜像、目标底反射镜像的三者之间关系利用两条伴随条纹的方位角θ1和θ3、高度h、深度d处理获得真实目标在水下的深度。
[0014]本专利技术方法中是利用率两条伴随条纹的方位角θ1和θ3以及主条纹的方位角θ2就能
获得水下目标深度。
[0015]所述的观测设备采用光纤阵列。光纤阵列一端系在船只尾部。
[0016]所述步骤3)中，以观测设备所在的垂直剖面为坐标平面，以观测设备的中心(0,0)位置为原点、以垂直方向为x轴正向、以观测设备的尾部延伸方向为y轴正向而建立二维区域直角坐标系。
[0017]所述步骤4)中，按照以下公式处理获得：
[0018][0019][0020]其中，D为真实目标在水下的深度，L为真实目标与观测设备中心的直线距离。
[0021]所述步骤4)之后，每间隔一段时间根据各个时刻的真实目标的深度统计获得真实目标的深度的方差，进而判断：
[0022]如果真实目标的深度D本身大于0米，且方差大于预设阈值var
crtc
，则真实目标为水下目标，标定为危险目标。
[0023]本专利技术巧妙利用了目标、目标表反射镜像、目标底反射镜像三者的关系，通过获取方位历程图上的2个伴随条纹的角度和目标本身的方位角，直接计算获得目标的深度和距离，实现了快速有效的定位估计。本专利技术的有益效果是：
[0024]1)本专利技术通过方位历程图伴随条纹快速进行目标深度定位和距离估计，计算简洁、无需复杂的声传播模型。
[0025]2)本专利技术计算速度快、低碳，可在普通计算机上支持多目标集群分析。
[0026]3)本专利技术可以始终自动跟踪目标，并在跟踪过程中根据其深度的变化进一步确定是水下、水上目标。
附图说明
[0027]图1是一个方位历程伴随条纹示意图。
[0028]图2是一个阵列和目标相对位置的示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0030]本专利技术的实施例及其实施过程如下：
[0031]实施例的条件设定为浅海(水深不超过200米)、声速垂向匀速或者近似匀速、海底平坦。
[0032]将光纤阵列一端系在船只尾部，利用光纤阵列随船只在水下移动对真实目标进行实时探测获得方位历程图，进而根据实时的方位历程图按照以下方法步骤处理：
[0033]1)如图1所示，读取某一时刻的方位历程图上的一条主条纹和左右两条伴随条纹，获得主条纹的方位角θ2和两条伴随条纹的方位角θ1和θ3；
[0034]2)读取光纤阵列距水底的高度h和距水面的深度d；
[0035]3)根据光纤阵列建立竖直的二维区域直角坐标系；
[0036]步骤3)中，可以光纤阵列所在的垂直剖面为坐标平面，以光纤阵列的中心(0,0)位置为原点、以垂直方向为x轴正向、以光纤阵列的尾部延伸方向为y轴正向而建立二维区域直角坐标系。光纤阵列的延伸方向基本沿水平布置。
[0037]4)如图2所示，在二维区域直角坐标系下，光纤阵列根据方位历程图中真实目标、目标表反射镜像、目标底反射镜像的三者之间关系利用两条伴随条纹的方位角θ1和θ3、高度h、深度d处理获得真实目标在水下的深度。
[0038]利用真实目标、目标表反射镜像、目标底反射镜像三者位于一条直线上的大关系来处理，具体是针对真实目标、目标表反射镜像或者目标底反射镜像，均和光纤阵列的中心之间建立连线，以连线为母线、以光纤阵列的延伸方向为中轴线建立圆锥面，以真实目标、目标表反射镜像或者目标底反射镜像对应的圆锥面的底面为同一平面的关系来处理获得真实目标在水下的深度。
[0039]以主条纹的方位角θ2表征为真实目标的方位角，以两条伴随条纹的方位角θ1和θ3表征为表反射的方位角、底反射的方位角。
[0040]步骤4)中，按照以下公式处理获得
[0041][0042][0043]其中，D为目标深度，L为目标相对于阵列中心的直线距离。
[0044]5)每间隔一段时间5
‑
10分钟根据各个时刻的真实目标的深度统计获得真实目标的深度的方差，进而判断：
[0045]如果真实目标的深度D本身大于0，且方差大于预设阈值var
crtc
(例如0米)，则真实目标为水下目标，标定为危险目标。
[0046]具体实施进一步验证该目标为水下目标的可能性较大。
[0047]具体实施案例：
[0048]读取了某次试验中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于方位历程图伴随条纹的水下目标深度和距离定位方法，其特征在于：利用观测设备随船只在水下移动对真实目标进行实时探测获得方位历程图，进而根据实时的方位历程图按照以下方法步骤处理：1)读取方位历程图上的一条主条纹和左右两条伴随条纹，获得两条伴随条纹的方位角θ1和θ3；2)读取观测设备距水底的高度h和距水面的深度d；3)根据观测设备建立竖直的二维区域直角坐标系；4)在二维区域直角坐标系下，观测设备根据方位历程图中真实目标、目标表反射镜像、目标底反射镜像的三者之间关系利用两条伴随条纹的方位角θ1和θ3、高度h、深度d处理获得真实目标在水下的深度。2.根据权利要求1所述的一种基于方位历程图伴随条纹的水下目标深度和距离定位方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕观通，杨磊，郑汉荣，
申请(专利权)人：杭州谛听智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：