[发明专利]一种基于水下机动平台的未知周期声信标高精度定位方法

说明书

本发明公开了一种基于水下机动平台的未知周期声信标高精度定位方法，步骤1：估计信号到达时间及周期号：步骤2：选择定位周期并计算二阶时延差：步骤3：利用二阶时延差进行定位解算：根据二阶时延差信息建立定位解算方程组。可以有效提高定位精度，获得高精度的声信标位置坐标。

技术领域

本发明属于声信标高精度定位的技术领域；具体涉及一种基于水下机动平台的未知周期声信标高精度定位方法。

背景技术

基于水下机动平台的未知周期声信标定位，指的是在未知水下声信标的信号发射时间及信号发射周期的情况下，通过单个水下机动平台在不同位置接收声信标信号从而确定水下声信标位置的技术，其场景态势图如图1所示。图中，水下机动平台沿预设航路行驶，声信标以相同的时间间隔发射声脉冲信号，水下机动平台分别在t₁、t₂、t₃、t₄时刻接收到声脉冲信号。基于水下机动平台的未知周期声信标定位具有广泛的应用前景。在民用领域，可应用于对飞机、舰船黑匣子的搜索，对遇难水下潜器的搜救等；而在军事领域，则可应用于敌方水通信号侦察、敌方浮、潜标截获等。

在基于水下机动平台的声信标定位研究领域，现有的方法主要可分为三类，即：时延信息定位、时延差信息定位及方位信息定位。其中，时延信息定位及时延差信息定位需要精确已知声信标信号周期，在信号周期估计不准或信号周期发生漂移的情况下，会造成较大的定位误差；而方位信息定位则依赖于高精度的信号到达角估计，其对系统成本、安装精度、信号处理要求均较高。因此，这三类现有的定位方法均无法实现未知周期声信标的高精度定位。

发明内容

本发明提供一种基于水下机动平台的未知周期声信标高精度定位方法，可以有效提高定位精度，获得高精度的声信标位置坐标。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于水下机动平台的未知周期声信标高精度定位方法，所述定位方法包括以下步骤：

步骤1：估计信号到达时间及周期号：通过信号处理技术估计信号到达时间t₁、t₂、t₃、t₄；对于CW脉冲信号，采用Notch滤波器进行高精度信号到达时间估计；对于LFM信号，采用匹配滤波器进行高精度信号到达时间估计；通过周期号精确判别技术，去除漏警虚警，实现对信号周期号的精确估计；

步骤2：选择定位周期并计算二阶时延差：根据水下机动平台航路确定定位点距离，并依照此距离等间隔选取参与定位解算的定位周期；选取好定位周期后，计算二阶时延差信息；

步骤3：利用二阶时延差进行定位解算：根据二阶时延差信息建立定位解算方程组；由于定位解算方程为非线性方程组，采用牛顿迭代算法对方程组进行求解并最终获得声信标的位置坐标。

进一步的，所述步骤1中信号处理技术包括：

对于CW脉冲信号，采用notch滤波器估计信号到达时间，s(t)为接收信号；x_s(t)及x_c(t)为两路正交参考信号；u_s及u_c为迭代权值；y(t)为滤波器输出；ε(t)为残差输出。则信号到达时间的估计为Notch滤波器输出y(t)超过门限σ的时刻即：

对于LFM信号，采用匹配滤波器估计信号到达时间。假设声信标发射脉冲信号为g(t)，则匹配滤波器输出为：

相应的，信号到达时间为匹配滤波器输出峰值位置减去脉冲宽度，即：

式中：τ为信号脉冲宽度。