本发明专利技术提供的是适用于浅海多途环境的水下噪声源高稳健性聚焦定位方法。利用相干多途信道特点，在射线理论基础上建立了符合水声传播特点的阵列信号模型，生成与实际声传播特性相匹配的空间聚焦导向矢量，从而有效克服了多途效应的影响，提高了定位精度；利用最差性能最优的稳健聚焦处理器设计方法，对空间聚焦导向矢量实施约束，并通过二阶锥规划方法求解最优权矢量，最终得到优化后的空间谱形式，从而克服了多种海洋环境声学参数失配误差对MVDR高分辨算法空间分辨率及背景起伏抑制能力的影响，可以获得更大的动态范围、更尖锐的聚焦峰尺度以及更强的背景噪声级抑制能力，可以满足在浅海多途条件下，水下噪声源定位对于高分辨算法稳健性的迫切需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水声定位方法，具体地说是ー种。
技术介绍
在浅海环境下，声信道是ー个包括海面、海底和海水介质的复杂环境，存在明显的多途效应。对于浅海近程噪声源定位问题而言，多途效应的存在会导致通常使用的常规及高分辨类聚焦定位方法存在模型失配，产生定位偏差，同时在空间谱图像上出现较高的旁瓣级起伏，对聚焦定位性能产生严重影响。针对浅海环境下的信号处理问题，基于模型的信号处理思想(Model BasedProcessing MBP)受到了广大学者的青睐，该思想是设计ー种融合海洋传播模型，并且可 以用来完成各种各样的信号处理功能的处理器。Candy等人将MBP方法广泛的应用到水下声纳被动定位，海洋环境參数反演，水下目标检测、估计、识别等方面，取得了一定的成果。目前，在浅海噪声源聚焦定位方面，对浅海多途效应的影响以及可行性方法的研究普遍集中于时间反转镜方法(惠娟，胡丹，惠俊英等.聚焦波束形成声图测量原理研究.声学学报，2007，32 (4) =356-361 ;罗方方，生雪莉，梅继丹，郭咏.基于MVDR高分辨算法的时反定位技术研究.哈尔滨工程大学学报，2010，31 (7) :945-950)，但仍未出现基于多途模型匹配思想的噪声源聚焦定位方法研究結果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种可有效提高MVDR高分辨聚焦定位方法在浅海多途条件下的定位精度以及存在失配误差及海洋环境声学參数失配误差下的稳健性的。本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤(a)在近程声传播条件下采用射线理论中的虚源法对阵列信号进行建摸，建立浅海多途条件下的水平声压线阵接收信号模型，得到基阵接收信号矩阵X及采样数据协方差矩阵Λ ；(b)在与声源等深的水平面S上进行逐点扫描，在扫描点坐标(えj>，ら)及分析频率f上生成空间聚焦导向矢量A’ (f)；(C)为消除由于不同扫描点到达基阵參考阵元的距离不同带来的对匹配聚焦的影响，对空间聚焦导向矢量进行ニ范数下的归ー化处理，得到归ー化后的空间聚焦导向矢量Λ\η·(d)利用最差性能最优方法对空间聚焦导向矢量实施约束优化；(e)利用ニ阶锥规划对该优化问题进行求解，得到最优化权矢量Wtjpt ；(f)将最优权矢量代入目标函数中，得到最优权矢量下的阵列输出功率P ；( g)根据运算量要求，设置合适扫描步长，重复(b )至(f)的步骤，进行完整平面搜索井比较输出功率谱图，由谱峰位置确定噪声源所在位置。本专利技术将多途信道模型与最差性能最优稳健约束优化方法相结合，提出了具有高稳健性的浅海噪声源聚焦定位方法。本专利技术的有益效果是该方法一方面综合了多途模型匹配思想，利用相干多途信道特点，在射线理论基础上建立了符合水声传播特点的阵列信号模型，生成与实际声传播特性相匹配的空间聚焦导向矢量，从而有效克服了多途效应的影响，提高了定位精度。另ー方面，利用最差性能最优的稳健聚焦处理器设计方法，对空间聚焦导向矢量实施约束，并通过ニ阶锥规划方法求解最优权矢量，最終得到优化后的空间谱形式，从而克服了多种海洋环境声学參数失配误差对MVDR高分辨算法空间分辨率及背景起伏抑制能力的影响，可以获得更大的动态范围、更尖锐的聚焦峰尺度以及更强的背景噪声级抑制能力，可以满足在浅海多途条件下，水下噪声源定位对于高分辨算法稳健性的迫切需求。 附图说明图I浅海水平线阵接收信号模型示意图。图2(a)-图2(d)空间聚焦导向矢量失配下的空间谱对比效果图，其中图2(a)多途常规;图2(b)匹配常规;图2(c)匹配MVDR ;图2(d)匹配稳健MVDR。图3(a)-图3(b)空间聚焦导向矢量失配下的空间谱切片对比效果图(N=21，d=0. 75m),其中图 3 (a) y 向；图 3 (b) X 向。图4(a)-图4(b)空间聚焦导向矢量失配下的空间谱切片对比效果图(N=ll，d=l. 5m),其中图 4(a)y 向；图 4(b)x 向。图5(a)-图5(b)空间聚焦导向矢量失配下的空间谱切片对比效果图(N=7，d=2. 5m),其中图 5(a)y 向；图 5(b)x 向。图6(a)-图6(b)空间聚焦导向矢量失配下的空间谱切片对比效果图(N=5，d=3. 75m),其中图 6 (a)y 向；图 6 (b)x 向。图7(a)-图7(b)水深存在5%误差下的空间谱切片(ε =0.25)，其中图7(a)y向；图7 (b)X向。图8(a)-图8(b)水中声速取1480m/s下的空间谱切片(ε =0.03)，其中:图8(a)y向；图8 (b) X向。图9 (a)-图9 (b)海水和海底介质的密度之比mp存在30%的误差下的空间谱切片(ε =0. 03)，其中:图 9(a)y 向;图 9(b)x 向。图10(a)-图10(b)海水与海底中的声速之比η。存在30%的误差下的空间谱切片(ε =0.2)，其中图 10 (a)y 向;图 10(b)x 向。具体实施例方式下面结合附图举例对本专利技术进ー步说明。(a)在近程声传播条件下采用射线理论中的虚源法对阵列信号进行建摸，建立浅海多途条件下的水平声压线阵接收信号模型，得到基阵接收信号矩阵X及采样数据协方差矩阵Λ。以浅海水平声压线阵测试系统为例(如图I所示)。设海水深度为H，ー个N元均匀线阵入水深度为Za，阵元间距为d，设I号阵元为參考阵元。空间中共存在M个点声源，入水深度均为zs,第m个单频点声源的空间位置坐标为(xm, ym, zs)。略去时间因子，基阵第η号參考阵元的接收到的由第m个声源发射的声压信号可表示为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种适用于浅海多途环境的水下噪声源高稳健性聚焦定位方法，其特征是包括如下步骤 (a)在近程声传播条件下采用射线理论中的虚源法对阵列信号进行建模，建立浅海多途条件下的水平声压线阵接收信号模型，得到基阵接收信号矩阵X及采样数据协方差矩阵Ri (b)在与声源等深的水平面S上进行逐点扫描，在扫描点坐标(え.及分析频率f上生成空间聚焦导向矢量A’ (f)； (c)对空间聚焦导向矢量进行ニ范数下的归ー化处理，得到归ー化后的空间聚焦导向矢量Jヴ)； Cd)利用最差性能最优方法对空间聚焦导向矢量实施约束优化； (e)利用ニ阶锥规划对步骤(d)的优化问题进行求解，得到最优化权矢量Wtjpt； (f)将最优权矢量代入目标函数》Vfptinv中，得到最优权矢量下的阵列输出功率P; (g)根据运算量要求，设置合适扫描步长，重复(b)至(f)的步骤，进行完整平面搜索并比较输出功率谱图，由谱峰位置确定噪声源所在位置。2.根据权利要求I所述的适用于浅海多途环境的水下噪声源高稳健性聚焦定位方法，其特征是所述建立浅海多途条件下的水平声压线阵接收信号模型，得到基阵接收信号矩阵X及采样数据协方差矩阵左的方法为 设海水深度为H，ー个N元均匀线阵入水深度为za，阵元间距为d，设I号阵元为參考...
【专利技术属性】
技术研发人员：时洁，杨德森，时胜国，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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