[发明专利]一种非合作目标辐射噪声测量定位技术

说明书

技术领域

本发明涉及噪声测试技术领域，具体涉及一种非合作目标辐射噪声测量定位技术。

背景技术

噪声测量技术(noise measuring technique)噪声测量包括各种噪声源和噪声场基本特性参量的测量；噪声控制中使用的吸声和隔声材料、减振阻尼材料的声学性能测定；吸声、隔声、消声、减振、隔振等控制措施的技术效能评定测量等。此外，研究噪声对人体的影响和危害、对噪声进行的主观评价，制定各种环境噪声标准等工作也需要噪声测量提供科学的依据。准确地完成这些测量工作需要采用各种技术手段。

噪声测试技术可接收目标的辐射噪声，获取其声学信息，可以为减振降噪提供指导建议。而水下目标与测量点之间距离的准确测量，是目标声源级计算的关键。被动声纳的目标舰船辐射噪声是宽带的，不同频率上的噪声强度各不相同。反映声源辐射噪声强度对频率依赖关系的量，称为声源谱级，是距声源1米处辐射噪声在某单一频率附近1HZ带宽内的声强相对于参考声强的分贝数，用SLs表示。由于舰船辐射噪声的机理很复杂，SLs难以通过理论计算得到，需要进行实际测量。传统噪声测量系统中，是利用合作信标，获取同步测距信息。但是，对于非合作目标，该方法无法实现。由于矢量水听器可兼获目标的标量和矢量信息，能够提升测量能力，现已利用到噪声测量系统中。故本文基于矢量水听器测量技术，利用矢量水听器方位估计结果，采用数据融合方法，使多只矢量水听器获得的数据信息得到充分的利用，在小范围内快速、精确地定位出目标的运动轨迹，解决目前国内噪声测量系统中无法对非合作目标精确定位的问题。

邓秀华等人研究了同步距离精确测量的方法(邓秀华.自导深弹脱靶距离测量方法研究.舰船电子工程，2012,Vol.32No.10)，其在目标上安装有同步声信标，无法实现对非合作运动目标的测量；吴艳群等人研究了矢量水听器纯方位目标运动分析的方法(吴艳群，胡永明.基于单矢量水听器的水面目标运动分析.声学技术，2010,1000-3630(2010)-04-0361-04)，其利用单只矢量水听器即可对目标进行方位估计,在大范围内对运动目标进行跟踪测量，但是该方法跟踪速度较慢，定位精度无法满足测量要求。

基于此，本发明将矢量水听器测量技术与数据融合方法结合起来，更大程度地获得被测试目标和环境的信息量，综合多套测量系统获取的目标信息，有效地提升了系统的性能，提高了定位精度。另一方面又结合了卡尔曼滤波算法对目标运动情况进行滤波处理，使目标的运动轨迹得到了优化，使其满足噪声测量使用的需求。本发明提出的方法利用了数据融合技术处理了多只矢量水听器测得的数据信息，使测量到的数据发挥了最大的作用，适合在小范围内快速、高精度的定位出目标的运动轨迹，提高了实验的效率，工程上也较容易实现。

发明内容

本发明提出了一种非合作目标辐射噪声测量定位技术，结合了矢量数据融合与卡尔曼滤波算法，可有效的对非合作运动目标进行跟踪测量，获取运动参数，较好的提高矢量水听器的定位精度以及测量系统的稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)分别建立由四阵元组成的直线测量阵模型、正方形测量阵模型，四阵元组成六条基线，它们分别与目标构成六个三角形，形成12个方位角；

(2)建立矢量水听器的接收信号模型，获得矢量水听器接收的声压数据P(t)，X方向振速V_x(t)，Y方向振速V_y(t)，通过矢量水听器的声压振速联合处理技术，采用互谱声强法进行方位估计；

(3)对接收信号进行频谱分析，提取包络得到有效频带，在窄带范围内进行频域融合处理；

(4)组合6条基线与得到的12个方位角，通过三角形交汇方法，解算每条基线所测得的目标位置；对多组矢量水听器解算出的目标位置进行数据再融合；

(5)对(4)中生成的运动目标测量轨迹，采用卡尔曼滤波算法对其进行优化。

所述的步骤(2)的矢量水听器的声压振速联合处理技术具体包括：

将目标分别与六条基线进行组合，得到第i个阵元处的接收信号为：

其中下标s表示信号量，下标n表示噪声量；p_i(t)表示第i个阵元接收到的声压信号，v_xi(t)表示第i个阵元接收到的水平方向上的振速信号，v_yi(t)表示第i个阵元接收到的垂直方向上的振速信号，θ为入射声波的水平方位角。

所述的步骤(2)的互谱声强法具体包括：