【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声工程、海洋工程、声呐技术等领域，尤其涉及一种利用单水听器的深海宽带声源定位方法、装置及设备。
技术介绍
1、深海声源定位是近些年水声学中一个广受学者关注的问题。传统的匹配场处理技术对海洋环境参数失配极为敏感，同时需要大孔径阵列来提高定位精度，因此在深海环境下的声源定位中适用性较差。
2、深海中多途现象明显，利用声场多途参数(如时域的多途时延、频域的干涉图案等)进行声源定位得到了广泛的研究和应用。相比于利用阵列来进行声源定位，利用单水听器进行定位具有布放简单、机动性强等特点。但由于接收器数目减少，为了获取更多的声源信息，目前有关的单水听器声源定位方法往往对声源有所限制或者需要更为复杂的水听器(如矢量水听器)。
3、基于多途时延的单水听器声源定位方法，该方法参见参考文献[1](“movingsource localization with a single hydrophone using multipath time delays inthe deep ocean”，2014年7月发表在《j.acoust.soc.am.》第136卷第2期，起始页码为el159)，该方法利用接收信号的自相关函数提取直达波和海面反射波之间的多途时延，然后利用卡尔曼滤波类方法对移动声源的深度、距离以及速度进行估计，从而实现单水听器声源定位。但是，这类方法需要建立声源运动状态方程，因此相关参数的选择对于算法性能有很大影响，同时该方法还要求声源沿水听器径向方向匀速运动。
4、多途时延对应频域中的干涉周期
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于克服现有单水听器声源定位技术需要连续移动声源或者是矢量水听器等问题，基于直达声区和影区各自存在的两种多途时延，提出了一种利用单水听器的深海宽带声源定位方法、装置及设备。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:
3、一种利用单水听器的深海宽带声源定位方法，包括以下步骤：
4、步骤一：在指定海域布放一个合适深度的单水听器，海域具有环境参数；
5、步骤二：从单水听器的接收信号中提取不同传播路径下声线的到达时间，估计出单水听器接收目标声源辐射的宽带信号时的两种多途时延；
6、步骤三：利用环境参数，通过声场计算模型仿真出在目标声源可能存在的区域中不同网格虚拟点接收目标声源辐射的宽带信号时的两种多途时延；
7、步骤四：利用估计的多途时延和仿真的多途时延计算代价函数，估计目标声源的位置；
8、进一步地，单水听器布放位置不能过于靠近海面或海底；通过单水听器接收目标声源辐射的宽带信号；通过温盐深测量仪获取指定海域海水声速剖面；通过多波束系统或海图获取指定海域海水深度地形等信息。
9、进一步地，步骤二具体包括：
10、将单水听器接收到的目标声源辐射的宽带信号进行分段短时傅里叶变换，得到信号的时频谱图；对时频谱图中目标声源辐射的宽带信号带宽范围内的频谱能量进行累加，得到信号频域能量随时间变化的曲线；
11、对不同声区的接收信号分别处理，从信号频域能量随时间变化的曲线中获取到不同声区中不同传播路径下声线到达单水听器的时刻，从而分别估计出不同声区下各自的两种多途时延。
12、进一步地，步骤三具体包括：
13、对需要定位的所述目标声源可能存在的区域进行网格划分得到多个网格虚拟点，然后根据不同声源深度下直达声区和影区的范围，通过声场计算模型bellhop分别仿真计算出两个声区里的两种多途时延。
14、进一步地，步骤四具体包括：
15、对不同声区设置对应的代价函数，将对应声区的估计的多途时延和仿真的多途时延代入，计算每一个网格虚拟点上代价函数的输出值，代价函数取最小值的网格虚拟点位置即为目标声源位置的估计结果。
16、本专利技术的有益效果：本专利技术提出的方法利用单水听器接收的宽带信号进行深海直达声区和影区的声源定位，不需要多个水听器组成阵列，避免了阵型偏移、水听器间信号同步等问题，也不需要声源连续移动或矢量水听器，使得本方法适用性更广泛。本方法基于直达声区和影区各自存在的两种多途时延进行联合匹配，消除了单一时延定位结果模糊的缺陷，实现了对深海两种声区下的声源深度和距离估计。
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1.一种利用单水听器的深海宽带声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在指定海域布放一个合适深度的单水听器，所述海域具有环境参数具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计出所述单水听器接收目标声源辐射的宽带信号时的两种多途时延具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算出估计的两种多途时延具体包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算出估计的两种多途时延还包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述环境参数，通过声场计算模型仿真出在目标声源可能存在的区域中不同网格虚拟点接收目标声源辐射的宽带信号时的两种多途时延具体包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用估计的多途时延和仿真的多途时延计算代价函数，估计所述目标声源的位置具体包括：
8.一种利用单水听器的深海宽带声源定位装置，其特征在于，包括：
9.一种计算设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机程序指令，当所述计算机程序指令由计算设备执行时，所述计算设备执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种利用单水听器的深海宽带声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在指定海域布放一个合适深度的单水听器，所述海域具有环境参数具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计出所述单水听器接收目标声源辐射的宽带信号时的两种多途时延具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算出估计的两种多途时延具体包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算出估计的两种多途时延还包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述环境参数，通过声场计算模型仿真出在目...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦继兴，郑康，吴双林，王海斌，王梦圆，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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