[发明专利]一种基于五波束配置的声多普勒和声相关测速方法

说明书

本发明属于水下导航技术领域，具体涉及一种基于五波束配置的声多普勒和声相关测速方法。本发明的基于五波束配置的声多普勒和声相关测速方法，包括以下步骤：步骤1、脉冲对测频；步骤2、声相关测速；步骤3、确定频偏范围；步骤4、模糊区间修正；步骤5、运动载体速度修正。本发明解决了现有的声学多普勒测速方法在测量高速运动载体时测速结果不准确的问题，通过声相关测速对声多普勒模糊速度进行补偿，可以消除高速水下运动载体的测速奇点，提高声学多普勒测速的精度。

技术领域

本发明属于水下导航技术领域，具体涉及一种基于五波束配置的声多普勒和声相关测速方法。

背景技术

声学多普勒测速仪因具有测速精度高以及稳定性强，且可以获得浅水域运动载体速度等优点成为水下导航领域应用最广泛的测速仪之一。为了抑制环境噪声以及混响的干扰，声学多普勒测速多采用脉冲对测速算法对宽带编码回波信号进行分析，但是脉冲对测速算法存在模糊速度的限制，即当运动载体的速度高于模糊速度时，测速算法无法给出正确的速度。这个模糊速度的大小由发射的宽带编码信号所决定，尽管可以通过改变码元宽度以及码元序列长度来增大这个模糊速度，但是与此同时又降低了发射信号的抗干扰性，所以必须提出更有效的方法来解决模糊速度的问题。基于上述多普勒测速存在的问题，提出了一种基于五波束配置，通过声相关测速对声多普勒测速进行辅助修正的测速技术。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有的声学多普勒测速方法在测量高速运动载体时测速结果不准确。

本发明的技术方案如下所述：

一种基于五波束配置的声多普勒和声相关测速方法，包括以下步骤：

步骤1、脉冲对测频

通过脉冲对测频算法获得有可能存在频偏模糊的多普勒频移f_dp；

步骤2、声相关测速

通过声相关的基阵设计选择相应的时间相关或空间相关测速算法，得出粗测速度v_c，此时v_c存在一定误差精度不高，不能直接用来进行水下载体的导航。

步骤3、确定频偏范围

频移f_dc通过下式计算：

其中f_T为发射信号中心频率，c为声速，α为换能器发射的波束中心轴线与水平轴的夹角；

则频偏区间k'为：k'＝[(f_dc-f_dp)/2/f_mo]，[·]为取整符号；

f_mo为已知的模糊频率，f_mo＝1/2τ_s。

步骤4、模糊区间修正

如果f_dc-2*k'*f_mo的符号与f_dc的符号一致，那么说明步骤3中的k'是正确值，则令k＝k'；如果f_dc-2*k'*f_mo的符号与f_dc的符号相反，那么说明步骤3中的k'需要进行修正，若f_dc-2*k'*f_mo＞0，f_dc＜0，则令k＝k'-1，若 f_dc-2*k'*f_mo＜0，f_dc＞0，则令k＝k'+1。

步骤5、运动载体速度修正

修正后的频移为f_R＝f_dp+2*k*f_mo，