[发明专利]基于频域最小二乘法的水声脉冲信号匹配场定位方法

权利要求书

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响应H_j(ω_i)，j=1、2；其中，ω_i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H_j(ω_i)，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H_j(ω_i)以式（1）形式进行排列：

其中，H₁(ω_i)表示一个水听器上的信道脉冲响应，H₂(ω_i)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(ω_i)和Y₂(ω_i)，i=1、2、…、L；

步骤204）由Y₁(ω_i)和Y₂(ω_i)构造如式（2）所示的两个水听器的接收信号的谱矩阵X_1,2：

X_1,2＝diag[Y_1,2(ω₁),Y_1,2(ω₂),…,Y_1,2(ω_L)]    式（2）

其中，diag[Y_1,2(ω₁),Y_1,2(ω₂),…,Y_1,2(ω_L)]表示由Y_1,2(ω_i)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X_1,2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X_1,2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)=arg maxR,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。

2.按照权利要求1所述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，其特征在于，所述的步骤102）中，海洋环境参数包括声速梯度分布、海水深度、海水密度、海底密度、海底的衰减系数。