[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

说明书

技术领域

本发明涉及针对水声信号处理技术领域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。

背景技术

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。

发明内容

技术问题：本发明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，本发明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：