[发明专利]一种利用螺旋桨噪声的水下目标探测方法

说明书

本发明公开了一种利用螺旋桨噪声的水下目标探测方法，利用水下目标工作时螺旋桨会产生周期性噪声信号，在水下布置传感器网络，传感器网络同时接收水下目标产生的周期性噪声信号，选取其中一个节点为参考节点，然后通过自相关互相关技术得到周期性噪声信号传输到每个传感器网络节点与参考节点的时延差；根据水下目标到水下传感器网络各节点的位置差等于时延差乘上周期性噪声信号在水下的传播速度得到三个方程，解方程组得到水下目标的三维坐标。再估计传感器网络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，利用多普勒效应得到四个方程，再结合已经得到的水下目标的三维坐标可以解方程得到水下目标的三维速度。

技术领域

本发明涉及水下目标探测技术领域，具体涉及一种利用船舰螺旋桨周 期性噪声结合多普勒效应的水下目标探测的方法。

背景技术

目前的水下目标探测主要分为主动探测和被动探测。主动探测是指从 系统中发射某种声信号，声信号在水下传播遇到目标反射回波，反射的回 波带有目标信息，对接收到的回波信号进行分析可以得到目标的距离、方 位、速度等参数。主动探测分为超短基线，短基线，长基线。超短基线是 基于信号相位差进行定位的，定位距离小且定位精度不及短基线和长基线 系统。短基线和长基线是基于信号时间差进行定位的，短基线相比长基线系统组成简单，相比于超短基线定位精度高。被动探测是指利用传感器基 阵接收目标自身发出的噪声或信号来检测目标，具有隐蔽性高和能进行目 标识别的优点。

被动声呐探测分为基于时域或频域的检测技术和基于空域的信号检 测技术。基于时域或频域的检测技术主要应用于复杂噪声的坏境下的特定 声信号检测，需要背景噪声和目标特性等先验知识的帮助；基于空域的信 号检测技术主要利用信号与噪声和空间分布的不同来进行目标信号检测。 专利CN105353340A提出了一种双层圆柱阵水下被动目标检测方法，通过 体积阵接收目标噪声信号，设定阈值判断目标是否存在，但此方法没有得 到水下目标的三维坐标和三维速度以及所用的接收阵较复杂。专利 CN108802735A提出一种用于未知声速环境的水下目标定位及测速方法和 装置，此方法采用主动探测，通过收发双工阵元发射探测信号、接收目标 反射信号再根据多普勒原理进行目标定位，测速，但此方法采用主动探测， 不隐蔽且装置复杂。

为了克服上述水下目标探测方法功能不完整，步骤繁琐，精度不高， 成本大，需要发射信号，容易暴露自己的位置等不足，目前亟待提出一种 利用螺旋桨噪声进行水下目标探测的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种利用螺旋 桨噪声的水下目标探测方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种利用螺旋桨噪声的水下目标探测方法，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。

进一步地，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：