[发明专利]一种利用螺旋桨噪声的水下目标探测方法

权利要求书

1.一种利用螺旋桨噪声的水下目标探测方法，其特征在于，所述的探测方法包括以下步骤：

S1、确定水下传感器网络各个节点的摆放位置以及选定参考节点，其中，所述的水下传感器网络由N，N≥4个时钟同步的水声换能器组成；

S2、对传感器网络节点接收到的周期性噪声信号进行处理，计算水下目标的三维坐标；

S3、估计传感器网络每个节点接收到的水下目标产生的周期性噪声信号的基音频率，并根据多普勒效应计算水下目标的三维速度；所述的步骤S3过程如下：

利用频率估计方法得到水声换能器R_i接收到的水下目标产生的周期性噪声信号基音频率f_i，水下目标与水声换能器之间存在相对运动，根据多普勒效应得到f_s与f_i之间的关系式如下：

其中α_i代表水下目标指向水声换能器R_i方向的向量与三维直角坐标x轴的夹角，β_i代表水下目标指向水声换能器R_i方向的向量与三维直角坐标y轴的夹角，γ_i代表水下目标指向水声换能器R_i方向的向量与三维直角坐标z轴的夹角，α_i、β_i和γ_i分别由公式(3)、公式(4)和公式(5)获得，

并且公式(2)中v_xcosα_i+v_ycosβ_i+v_zcosγ_i表示水下目标速度分解到方向的分速度，从公式(2)的N个方程中任选4个方程求解，共有种选法，每一种选法对应一组解，所以有组解，再对这组解做算术平均得到水下目标的三维速度和水下目标产生的周期性噪声信号S(t)的基音频率f_s。

2.根据权利要求1所述的一种利用螺旋桨噪声的水下目标探测方法，其特征在于，所述的水下传感器网络由N个时钟同步的水声换能器组成，确定水下传感器网络各个节点的摆放位置以及选定参考节点过程如下：

在坐标系中放置N个水声换能器R_i，R_i坐标为R_i(x_i,y_i,z_i),以R₀(x₀,y₀,z₀)为原点建立三维直角坐标系，其中x₀＝0,y₀＝0,z₀＝0，i＝0,1,2,...,N-1，同时设定存在一个水下目标S，其三维坐标为S(x,y,z)，三维速度为水下目标工作时螺旋桨产生基音频率为f_s的周期性噪声信号S(t)。

3.根据权利要求2所述的一种利用螺旋桨噪声的水下目标探测方法，其特征在于，所述的步骤S2过程如下：

N个水声换能器同时接收水下目标发出的周期性噪声信号，N个水声换能器R_i同时接收到的水下目标发出的周期性噪声信号是基音频率为f_i的周期性噪声信号S_i(t)；

利用自相关法对S₀(t),S_i(t)，做处理得到水声换能器R₀,R_i之间的时延τ_i0，进而得到以下N个方程：

其中为水下目标到传感器网络节点R_i的距离，v_m为水下声速，从公式(1)除i＝0以外的N-1个方程中任选3个方程求解，共有种选法，每一种选法对应一组解，所以得到组解，再对这组解做算术平均得到水下目标的三维坐标S(x,y,z)。