[发明专利]水声阵列定位系统及其定位方法

说明书

本发明公开了一种水声阵列定位系统及其定位方法，其特征在于，包括：水听器阵列，用于对目标信号进行采集；与水听器阵列连接的通道选择模块；用于选择水听器阵列当中阵元所采集的模拟信号；与通道选择模块连接的放大滤波模块；用于处理模拟信号，使模拟信号的通带与系统工作频段一致，即是300K~1.2MHz；多数据采集与预处理模块，用于将模拟信号转换为数字信号，并且进行数字信号预处理，所述多数据采集与预处理模块与放大滤波模块连接；定位算法模块，用于计算处理后的数字信号，实现多目标的波达方向解算，且与多数据采集与预处理模块连接。

技术领域

本发明涉及海洋探测定位系统领域，尤其是一种水声阵列定位系统及其定位方法。

背景技术

海洋占地球面积的70%以上，蕴含着丰富的资源，为人类提供了可持续发展的新空间。但海洋探测技术远远落后于无线电技术，导致海洋资源的探索、开发极为缓慢。

在广阔的海洋水下空间中，电磁波的传播衰减非常严重，目前已知的水下传播距离最远的能量辐射形式是声波，所以水下技术还是以水声技术为主。在海洋开发、水下工程与军事应用中，一个最基本且最重要的问题是确定目标的存在和位置。这就是水下声学定位（underwater acoustic positioning）的由来。水声定位技术是水声技术和应用的关键技术之一，目前已广泛应用于目标跟踪识别、精确制导、水下探测、海底探索等方面。

水声定位是通过水声设备来确定水下目标的方位和距离的技术。利用三个以上的水听器构成水听器基阵，接收水下声脉冲信号，测量脉冲信号到达基阵各阵元时间差或相位差进行定位。二战结束之后，水下声学受到美国、欧洲多个发达国家等的重视，投入大量人力物力财力进行水下声学的研究，水声学由此得到迅速发展。并出现了多类声学定位系统。多数声学定位系统利用时间差或相位差一次只能定位一个目标，无法在多目标定位场景中使用。为了解决这个问题，将应用于空气信道的阵列信号处理技术经过水声信道适配后用于水下定位。

阵列信号处理最初来源于常规波束形成（CBF），基本原理是通过调整各个传感器上的时间延迟量，使得对于空间特定方向形成指向能力，对波束所指方向的信号最大化，其他方向的信号尽量抑制。

针对水下多目标声学定位中的问题，使用阵列信号处理的方法。但水听器阵为4*12阵列共48阵元，成均匀面阵排布，而数据采集通道只有12通道。如何做到12路数据同步采集与存储及在水听器阵列中选取12路组合成不同的阵型，使得在不同应用场景下使用不同阵型及算法满足实际需求，是本文要解决的两大问题。

目前根据定位系统的接收基阵的基线长度，可以将水声定位系统分为三类：长基线(Long Base-Line)、短基线(Short Base-Line)、超短基线(Ultra Short Base-Line)。长基线基阵长度在几公里到几十公里，利用测量水下目标声源到各个基元间的距离确定目标的位置。短基线的基阵长度一般在几米到几十米，利用目标发出的信号到达接收阵各个基元的时间差，解算目标的方位和距离。超短基线基阵长度一般在几个厘米到几十厘米，利用各个基元接收信号间的相位差来解算目标的方位和距离。

发明内容

本发明的目的是提供一种水声阵列定位系统及其定位方法，旨在于解决现有水声定位系统无法做到从12路数据同步采集与存储及在水听器阵列中选取12路组合成不同的阵型，使得在不同应用场景下使用不同阵型及算法满足实际需求的技术问题。

为实现上述的目的，本发明的技术方案为：一种水声阵列定位系统，其包括：

水听器阵列（包括n个阵元，分别为阵元1，阵元2，阵元3....阵元n-1，阵元n），用于对目标信号进行采集；

与水听器阵列连接的通道选择模块；用于选择水听器阵列当中阵元所采集的模拟信号；

与通道选择模块连接的放大滤波模块；用于处理模拟信号，使模拟信号的通带与系统工作频段一致，即是300K~1.2MHz；