[发明专利]一种基于可靠声路径的水下目标主动分类与定位方法

说明书

本发明涉及一种基于可靠声路径的水下目标主动分类与定位方法，先利用主动探测方法获得目标场景中俯仰角‑距离二维图，并根据可靠声路径画出一条俯仰角‑距离曲线，利用该曲线对目标分类以提取水下目标的俯仰角和距离，结合声场信息将水下目标的俯仰角和距离转换为水平距离和深度，获得定位结果，本发明可以在深海环境对目标进行有效定位。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，特别涉及一种基于可靠声路径的水下目标主动分类与定位方法。

背景技术

深海可靠声路径(RAP:reliable acoustic path)是深海所特有的声传播的信道。RAP出现条件是换能器位于深海临界深度以下(临界深度处声速等于海面附近声速)，此时会形成从海面到换能器的声传播路径。此声传播路径不受近海面效应或海底相互作用的影响，传播信号稳定可靠，因此被称为可靠声路径(Rui D,Kun-De Y,Yuan-Liang M,et al.Areliable acoustic path:Physical properties and a source localization method[J].Chinese Physics B,2012,21(12):124301.)。

由于RAP的稳定传播和临界深度下低噪声等优点，相关人员提出利用RAP对目标进行定位。目前，相关人员多研究在深海放置接收水听器，利用RAP来被动探测位于海面或较浅处的目标。但是，当目标的辐射噪声级较低时，利用RAP进行被动探测的方法面临着接收信号级较弱的问题，导致探测性能下降。同时，利用RAP被动探测时，主要集中在低频段处理，容易导致目标参数(到达角、到达时延等)的估计效果较差，影响对目标的有效定位和分类。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对利用可靠声路径进行被动探测时的缺点，本发明提出一种利用可靠声路径的主动分类与定位方法。所提方法主要分为分类和定位两大步骤。在分类阶段，采用单个发射换能器和一个多元接收阵(两者组成单基地声纳并位于临界深度以下)，单个发射换能器发射脉冲信号并向上照射目标。垂直接收阵采集目标回波，进行多波束处理获得目标场景的俯仰角-距离二维分布，利用离线计算得到的海面(深度小于10米)俯仰角-距离坐标连线对目标场景的俯仰角-距离二维分布中的亮点进行分类，以提取出水下目标所对应的亮点。在定位阶段，通过提取峰值获得水下目标亮点的俯仰角-距离信息，并将该亮点的俯仰角-距离信息转换为水平距离-深度信息，最终获得水下目标的定位与分类结果。

本发明的技术方案是：一种基于可靠声路径的水下目标主动分类与定位方法，包括以下步骤：

步骤一：构建单基地主动声纳系统，包括以下子步骤：

子步骤1)：选取N个水听器组成多元垂直接收阵，水听器成直线排列，轴线重合，其中N取整数，且8≤N≤128；设定多元垂直接收阵轴线方向为y方向，与y方向相互垂直的方向为x方向；

子步骤2)：选取一个发射换能器位于多元垂直接收阵下方，与多元垂直接收阵共同组成单基地主动声纳系统，该单基地主动声纳系统置于临界深度之下；

步骤二：发射换能器发射脉冲信号：目标回波到达垂直接收阵时在俯仰方向上的入射角形成俯仰角，其中俯仰角朝向海面方向为正方向，朝向海底方向为负方向；发射换能器以俯仰角发射脉冲信号，同时避免俯仰角朝向为负方向；所发射的脉冲信号沿着可靠声路径照射到水下目标后形成目标回波；目标回波通过原路径返回，到达多元垂直接收阵上的所有水听器；

步骤三：多元垂直接收阵对目标回波进行多波束处理，获得目标场景的俯仰角-距离二维图，包括以下子步骤：

子步骤1)：首先对目标回波进行匹配滤波，得到N个水听器上的匹配滤波输出

y_n(t)＝x_n(t)*s^c(T-t)