[发明专利]具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器及该水听器的目标定位及判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自主定位及目标判别的磁复合三维MEMS矢量水听器，属于水声传感器技术领域。

背景技术

随着水声传感器技术的发展，利用矢量水听器获取水下声信息并进行水下目标的探测、定位方法，正逐渐成为海洋环境监视、探测及水下目标识别的一种有效手段。1997年国内首次通过技术引进，系统地开展矢量水听器技术专题研究。1998年进行了国内首次矢量水听器外场试验，2000年进行了国内首次矢量水听器海上试验，效果良好，为矢量水听器的工程应用做出了重要贡献。基于MEMS技术研制的矢量水听器正逐渐向微型化，集成化发展。利用MEMS技术研制的单矢量水听器可以实现目标定向功能，但如何使单个矢量水听器能更好地为对空间目标进行定位及目标判别是当前研究的重点和难点。因此，仍然存在单个矢量水听器能更好地为对空间目标进行定位精度差和目标判别不准确的问题。

发明内容

本发明为了解决现有单个矢量水听器能对空间目标进行定位的精度差和目标判别不准确的问题，提供了具有目标定位及判别功能的磁复合三维矢量水听器及该水听器的目标定位及判别方法。

本发明所述具有定位及目标判别功能的磁复合三维矢量水听器，该矢量水听器包括3个MEMS加速度传感器1、2个声压水听器2、磁方位传感器3、正交调整架4、信号处理电路5和声学透声灌封材料的外壳6；

所述正交调整架4为11根支架固定连接构成的非闭合正方体框架，该框架的每个支架上均设有圆形通孔，用于与螺栓连接，以正交调整架4的一个连接点为中心建立三维直角坐标系，3个MEMS加速度传感器1分别通过螺栓安装在正交调整架4的XOY、XOZ和YOZ三个平面上，且3个MEMS加速度传感器1的敏感方向相互正交，构成三维MEMS矢量水听器X轴振速通道、Y轴振速通道和Z轴振速通道；磁方位传感器3通过螺栓固定在正交调整架4上，使磁方位传感器3敏感轴初始方向与地磁北极方向夹角为零度，且与三维MEMS矢量水听器的Y轴振速通道平行，2个声压水听器2分别固定安装在与Z轴振速通道平行的MEMS加速度传感器1与磁方位传感器3的内表面上，信号处理电路5通过螺栓固定在正交调整架4上且平行于YOZ平面；3个MEMS加速度传感器1的信号输出端均与连接信号处理电路4的一个信号输入端连接、2个声压水听器2的信号输出端均与信号处理电路4的另一个信号输入端连接，磁传感器3的信号输出端连接信号处理电路4的磁信号输入端；向安装有3个MEMS加速度传感器1、2个声压传感器3、磁方位传感器3和信号处理电路5的正交调整架4灌筑声学透声灌封材料构成圆筒形外壳6。

上述水听器的目标判别与定位方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用3个MEMS加速度传感器1输出相互正交的三个方向的声信号信息v_x、v_y和v_z；2个声压水听器2输出并联后的声压信号p(t)；采用磁方位传感器3采集磁信号，获得磁方位传感器3的三个正交振速分量v_i(t)；i＝x,y,z；

步骤二、利用步骤一获得的声压信号p(t)，获得水下待测目标相对于矢量水听器主响应轴的水平方位角α(f)；

对声压信号p(t)及三个正交振速分量v_i(t)(i＝x,y,z)作FFT变换，得到相应的谱为P(f)及V(f)，则声压信号、振速分量互谱函数为：

Spvi(f)=P(f)Vi*---(1)]]>

符号*表示共轭运算；

采用滑动窗函数对互谱函数做时间平均，对公式1的互谱作平均，得到平均周期图输出为：