[发明专利]一种基于二阶干涉的水下目标定位方法

说明书

本发明公开了一种基于二阶干涉的水下目标定位方法，将光学测量的二阶干涉理论应用到水声场探测、进行水下目标定位；本发明通过计算任意两个阵元输出信号的二阶相关函数，搜索声源信号相对阵元的位相(时间)延迟，得到声源到这两个阵元之间的绝对直线距离之差。对于一个多阵元的阵列，计算多个二阶相关函数的乘积，即可快速准确地搜索到声源的位置。本发明的定位方法不受限于“传感器阵列的阵元间距需要满足1/2波长的要求”，大大降低阵列设计和加工的要求；并且本发明在单个传感器阵元输出信噪比远小于1时仍然表现出良好的定位能力，有利于对远距离目标的探测定位。因此，本发明对水声传感器阵列的水下目标定位探测有着重要的应用价值。

技术领域

本发明属于水下探测技术领域，涉及一种水下目标定位技术，具体涉及一种基于水声场二阶(Hanbry Brown-Twiss)干涉原理的水下目标定位方法。

背景技术

众所周知，光波和电磁波在水中的衰减都非常大，它们的传播距离较短，远不能满足人们在海洋活动中的需要。然而，声波却能传播很远。因此，人们主要利用声波来进行水下目标探测。随着人类对海洋开发利用的加强，特别是在军事上各类新型潜艇的出现，世界各国都对水下目标(潜艇、UUV、鱼雷等)的声呐探测技术进行了广泛的研究。潜艇隐身技术的发展，大大降低潜艇的噪声水平，给被动声呐的探测带来了很大的困难。

目前各国的声呐装备都是采用水声传感器阵列来实现目标探测的。但是目标声信号在海水中进行远距离的传输时，能量衰减和波形的变化都很大，相对于进入水声传感器的噪声来说，信号十分微弱，这对于水下目标探测十分不利。但目前有关水声传感器阵列信号处理的研究主要集中于各类算法的理论与仿真上，实用性的验证较少，物理原理上更是少有突破。

基于声压水听器及其基阵组成的水下探测系统，现有的定位方法存在“远距离探测时阵元输出信噪比太低”和“阵列的拓扑结构必须满足1/2波长的要求”等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于水声场二阶干涉的水下目标定位方法，将光学测量的二阶干涉原理应用到水声场探测，进行水下目标定位。

本发明所采用的技术方案是：一种基于二阶干涉的水下目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：划定水下目标可能出现的二维区域，并对该二维区域进行扫描搜索；

步骤2：计算传感器每两个阵元M_i和M_j之间的声场二阶相关函数：

其中，·表示对测量时间求平均；是声学信号从搜索坐标点到阵元M_i和M_j的延时之差，r_i是阵元M_i到搜索坐标点的距离，v表示声速；P_i(t)为水声传感器阵元M_i输出声信号；P_j(t+T_ij)表示水声传感器阵元M_j输出信号经过延时T_ij后的结果，t表示时间。

步骤3：计算相关函数的乘积；

C＝C(T₀₁)×C(T₀₂)×…×C(T_ij)

使用单个相关函数得到的亮条纹在搜索区域构成某个双曲线的一支，多个相关函数对应多条双曲线，它们的交点即为声源位置。

本发明针对水声传感器阵列的水下目标定位，突破了现有的原理和方法，降低了阵列的结构设计和加工要求，提高了远距离水下目标的定位能力，具有良好应用前景。本发明也适用于其它介质中的声定位。

附图说明

图1为本发明实施例的二阶干涉定位示意图；