本发明专利技术公开了一种基于频域最小二乘法的水声脉冲信号匹配场的定位方法，包括以下步骤：步骤10）对双阵元水听器采用声场传播模型测算声场，首先确定声源的搜索范围：在观测范围内，对观测范围进行网格点划分，获得网格区域，然后对网格区域，使用声场传播模型，将海洋环境参数作为声场传播模型的输入值，通过声场传播模型测算，得到各网格区域上的声源在每个水听器上激励所产生的信道脉冲响应；步骤20）根据双阵元水听器接收到的水声脉冲信号和声场传播模型测算的信道脉冲响应，对目标实施匹配场定位，该定位方法可在发射信号先验信息不足情况下仍可实现水声脉冲信号的定位，并克服传统多传感器阵列处理方式下所带来的诸多问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及针对水声信号处理
的水下目标定位方法，具体来说，涉及一种基于频域最小二乘法的水声脉冲信号匹配场的定位方法。
技术介绍
水声定位技术在水声技术中扮演着极其重要的角色，是水声技术中的一个重要且基本的问题，同时也是国民经济建设和国防建设的关键技术。在水声定位技术中，被动定位技术一直是水声技术中的重要研究方向。现阶段对于水下被动定位技术目前多围绕舰船辐射噪声而展开工作，很少有针对各种水声脉冲信号在发射信号未知方式下的被动定位。对于水声脉冲信号而言，其信号形式不同于舰船辐射的噪声，它是由人工所产生的，有比较规则的信号形式，同时在时间上具有不连续性、瞬时性，在带宽上具有窄带特性，不能通过长时间的积分来获得时间增益，这就造成了对于水声脉冲信号的被动定位需要寻求与传统的舰船辐射噪声所不同的方式和手段。考虑到水声环境的复杂性，为了能够更准确地对水下目标实施定位，需要从声传播的角度出发，借助匹配场定位技术来确定目标声源的位置。传统意义上的匹配场定位技术，一般多采用阵列的处理方式，具有大的孔径，以获得良好的阵增益和分辨性能。但是采用多阵元的大阵列，一方面增加了系统的开销，给基阵的设计带来不便；另一方面，在实际海水中布放时会受到诸如阵倾斜以及阵元失效等问题，增加了对水下目标定位的难度。因此，研究采用较少的阵元个数来对水下目标进行定位一直被研究人员所关注，相应的也取得了一些突破和进展。使用较少的阵元个数进行目标位置估计的一个难点在于空间信息的缺乏。多数研究人员借助宽带信号的多频点特性，从假设发射信号为已知的情形出发，采用“频点换孔径”的思想来对目标信号实施定位。但在被动定位技术中，由于所获得的发射信号的先验信息有限，往往需要在发射信号未知的情形下进行，从而进一步增加了定位的难度。另外，传统匹配场处理技术当阵元个数变少时，其定位结果输出的模糊表面旁瓣较高，无法对目标进行精确定位，也成为了困扰此项技术的一个瓶颈。
技术实现思路
技术问题本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于频域最小二乘法的水声脉冲信号匹配场的定位方法，该定位方法可在发射信号先验信息不足情况下仍可实现水声脉冲信号的定位，并克服传统多传感器阵列处理方式下所带来的诸多问题。技术方案为解决上述技术问题，本专利技术采用的一种基于频域最小二乘法的水声脉冲信号匹配场的定位方法，该定位方法包括以下步骤步骤10)对双阵元水听器采用声场传播模型测算声场，包括如下的步骤步骤101)确定声源的搜索范围在观测范围内，对观测范围进行网格点划分，获得网格区域(R，Z)，其中，R表示搜索网格区域上的距离范围，Z表示搜索网格区域上的深度范围；步骤102)对步骤101)所划分的网格区域(R，Z)，使用Kraken声场传播模型，将海洋环境参数作为声场传播模型的输入值，通过声场传播模型测算，得到各网格区域上的声源在每个水听器上激励所产生的信道脉冲响应民(Coi)J = 1、2 ;其中，(Oi表示水声脉冲信号频带范围内的各频率点，i = 1、2、…、L，L表示水声脉冲信号频带内的频点总数；步骤20)根据双阵元水听器接收到的水声脉冲信号和声场传播模型测算的信道脉冲响应民(ω J，对目标实施匹配场定位，包括如下步骤步骤201)将声传播模型测算的信道脉冲响应Hj (COi)以式(I)形式进行排列本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于频域最小二乘法的水声脉冲信号匹配场的定位方法，其特征在于：该定位方法包括以下步骤：步骤10）对双阵元水听器采用声场传播模型测算声场，包括如下的步骤：步骤101）确定声源的搜索范围：在观测范围内，对观测范围进行网格点划分，获得网格区域(R，Z)，其中，R表示搜索网格区域上的距离范围，Z表示搜索网格区域上的深度范围；步骤102）对步骤101）所划分的网格区域(R,Z)，使用Kraken声场传播模型，将海洋环境参数作为声场传播模型的输入值，通过声场传播模型测算，得到各网格区域上的声源在每个水听器上激励所产生的信道脉冲响应Hj(ωi)，j=1、2；其中，ωi表示水声脉冲信号频带范围内的各频率点，i=1、2、…、L，L表示水声脉冲信号频带内的频点总数；步骤20）根据双阵元水听器接收到的水声脉冲信号和声场传播模型测算的信道脉冲响应Hj(ωi)，对目标实施匹配场定位，包括如下步骤：步骤201）将声传播模型测算的信道脉冲响应Hj(ωi)以式（1）形式进行排列：其中，H1(ωi)表示一个水听器上的信道脉冲响应，H2(ωi)表示另一个水听器上的信道脉冲响应；i=1、2、…、L；步骤202）将两个水听器接收到的水声脉冲信号y1(n)和y2(n)分别进行傅里叶变换，得到相应的频谱Y1(ω′k)和Y2(ω′k)，其中，n表示离散时间索引，ω′k表示整个采样频率范围内的离散频率点，k=1、2、…、N,k表示离散频点索引，N表示整个采样频率范围内总的频点数；步骤203）在水声脉冲信号频带范围内，取出Y1(ω′k)和Y2(ω′k)在各自频带内的频谱Y1(ωi)和Y2(ωi)，i=1、2、…、L；步骤204）由Y1(ωi)和Y2(ωi)构造如式（2）所示的两个水听器的接收信号的谱矩阵X1,2：X1,2＝diag[Y1,2(ω1),Y1,2(ω2),…,Y1,2(ωL)]????式（2）其中，diag[Y1,2(ω1),Y1,2(ω2),…,Y1,2(ωL)]表示由Y1,2(ωi)组成对角阵，Y1,2(ωi)=Y1(ωi)Y1(ωi)Y2(ωi)Y2(ωi),i=1、2、…、L；步骤205）利用接收信号的谱矩阵X1,2和某网格点位置上的使用式（3）的最小二乘法，估计发射信号的谱矩阵S^(H~1,2TH~1,2)-1H~1,2TX1,2????式（3）其中，表示的转置，表示矩阵的逆阵；根据式（3）得到的发射信号谱矩阵依据式（4）确定频域拷贝信号的谱矩阵X^1,2=H~1,2S^????式（4）步骤206）建立如式（5）所示的误差代价函数L(R,Z)，产生相应的定位模糊表面：L(R,Z)=1/||X1,2-X^1,2||2????式（5）其中，表示接收信号的谱矩阵X1,2与拷贝信号的谱矩阵之间误差的范数平方和，R表示搜索网格区域上的距离范围，Z表示搜索网格区域上的深度范围；在所划分的网格区域上，对模糊表面进行匹配场搜索，根据式（6）确定出目标所在的位置：(R^0,Z^0)=argmaxR,ZL(R,Z)????式（6）其中：表示定位所得到的距离估计值，表示定位所得到的深度估计值，表示L(R,Z)在峰值位置处所对应的距离R和深度Z。FDA00002693066400011.jpg,FDA00002693066400012.jpg,FDA00002693066400022.jpg,FDA00002693066400023.jpg,FDA00002693066400025.jpg,FDA00002693066400026.jpg,FDA00002693066400027.jpg,FDA00002693066400028.jpg,FDA00002693066400029.jpg,FDA000026930664000210.jpg,FDA000026930664000213.jpg,FDA000026930664000214.jpg,FDA000026930664000216.jpg,FDA000026930664000217.jpg,FDA000026930664000218.jpg...
【技术特征摘要】
1.一种基于频域最小二乘法的水声脉冲信号匹配场的定位方法，其特征在于该定位方法包括以下步骤 步骤10)对双阵元水听器采用声场传播模型测算声场，包括如下的步骤 步骤101)确定声源的搜索范围在观测范围内，对观测范围进行网格点划分，获得网格区域(R，Z)，其中，R表示搜索网格区域上的距离范围，Z表示搜索网格区域上的深度范围； 步骤102)对步骤101)所划分的网格区域(R，Z)，使用Kraken声场传播模型，将海洋环境参数作为声场传播模型的输入值，通过声场传播模型测算，得到各网格区域上的声源在每个水听器上激励所产生的信道脉冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：李焜，方世良，安良，罗昕炜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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