一种基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法

摘要

本发明公开了一种基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法：步骤10）对水声脉冲信号的频率进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布估计，包括如下的步骤：步骤101）确定二维频偏—时滞域上的模糊函数；步骤102）设置离散频偏的总点数和离散时滞的总点数，步骤103）将直角坐标系下的模糊函数转化为极坐标系下的模糊函数：步骤14）确定接收信号的中心频率以及相应的瞬时时间；步骤20）对双阵元接收的水声脉冲信号实施定位，包括步骤201）确定声源的搜索范围；步骤202）确定相应的拷贝信道脉冲响应；步骤203）对目标实施匹配场定位。该方法利用两个垂直接收水听器对发射信号未知的水声脉冲信号实现精确定位。

主权项

1.一种基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤10）双阵元水听器接收水声脉冲信号，然后对该水声脉冲信号的频率进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布估计，包括如下的步骤：步骤101）对双阵元水听器接收到的水声脉冲信号，根据式（1）确定相应的二维频偏—时滞域上的模糊函数A_d(m,n)；$A_d(m,n)=T_s\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{y}_j^{*}({\mathrm{kT}}_s-{\mathrm{nT}}_s)y_j({\mathrm{kT}}_s+{\mathrm{nT}}_s)e^{i2\mathrm{\pi mk}/N}$式（1）其中，N表示接收信号的点长；m表示直角坐标系下的离散化的频偏索引；n表示直角坐标系下的离散化的时滞索引；T_S表示采样时间间隔；y_j表示双阵元水听器所接收到的水声脉冲信号，j=1和2；表示y_j的共轭；i表示虚数单位，步骤102）首先设置离散频偏的总点数P和离散时滞的总点数Q，其中，Q=N；然后从r=0至产生P个离散化的极径，从ψ=0至π产生Q个离散化的径向角，r表示极径，ψ表示径向角；步骤103）以离散化的时滞和离散化的频偏采用二维插值的方法，通过式（2）的坐标转化公式，将直角坐标系下的模糊函数A_d(m,n)转化为极坐标系下的模糊函数A_u(p,q)：$\left\{\begin{array}{c}X=r·\cos \left(\psi \right)\\ Y=r·\sin \left(\psi \right)\end{array}\right.$    式（2）其中，p表示极坐标系下的离散化频偏索引，q表示极坐标系下的离散化时滞索引，X表示转换后的频偏坐标，Y表示转换后的时滞坐标；步骤104）采用迭代算法测算最优扩展函数σ，获得接收信号的时频分布，确定出接收信号的中心频率以及相应的瞬时时间；步骤20）对双阵元水听器接收的水声脉冲信号实施定位，包括如下的步骤：步骤201）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202）对步骤201）所划分的网格区域(R,Z)，使用bellhop声场传播模型，将海洋环境参数和步骤1046）得到的中心频率，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各声线的传播时间以及相应的幅度从而产生相应的拷贝信道脉冲响应如式（16）所示，${\hat{h}}_j\left(u\right)=\underset{i=1}{\overset{l}{\Sigma }}{\hat{a}}_i\delta (u-{\hat{\tau }}_i)$式（16）其中，u表示离散时间序列索引，u=0、1、…、M-1，j表示接收机，j＝1和2，1为在某网格点处，声源传播到达接收机j的多途数；表示u在处的单位冲击函数；步骤203）根据声场传播模型测算出的信道脉冲响应和双阵元水听器上的接收信号，对目标实施匹配场定位。