[发明专利]一种结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法

说明书

本发明公开了一种结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法，所述方法包括：从水听器的接收信号中估计直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间、声弹爆炸的冲击波峰值和一次气泡脉动的周期；以这五个参数的理论值为参数，结合估计值设计代价函数；确定声源深度、声源与接收阵水平距离、海深三个参数的搜索范围，由此确定搜索空间；在搜索空间内，计算不同位置处爆炸声源对应的水听器的直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间的理论值，接收到的冲击波峰值和一次气泡脉动周期的理论值，由此得到对应的代价函数值；搜索代价函数值的最小值，根据其对应的声源深度和声源与接收阵水平距离确定爆炸声源的位置。

技术领域

本发明属于水声物理领域，具体涉及一种爆炸声源定位的计算方法。

背景技术

在水声领域，爆炸声弹是一种常用的声源，爆炸声源的声源级获取具有重要意义。要准确获得爆炸声源的声源级，最重要的是获得爆炸声源的位置。现有的适用于水面舰艇抗冲击实验爆源定位方法，包括机械定位方法、冲击波零时法、GPS定位法、水声与GPS联测法，上述方法均需已知声弹爆炸的精确时间，且均适用于近场的情况。最常用的方法是利用水声方法对爆炸声源进行定位。

匹配场声源定位中，拷贝场计算方法的精度和速度对定位效果和定位效率有着直接的影响，拷贝场计算方法往往存在计算效率不够、内存需求大、难以满足实际应用需求等缺点。

发明内容

本发明的目的在于解决常规匹配场定位中全区域搜索速度慢，仅用时延差定位不够准确的缺点，提出了一种准确高效的适用于对爆炸距离接收阵不太远的情况下的单阵元爆炸声源定位方法。该方法首先利用爆炸深度和当量与一次气泡脉动的关系根据实际接收信号对深度的搜索范围进行缩小，接着以声源深度、距接收阵的水平距离以及海深为参数设置合理的代价函数，当代价函数最小时取得最优解，可以得到的实际的爆炸位置。

为实现上述目的，本发明提出了一种结合半经验公式的单阵元匹配场爆炸声源定位方法，该方法基于单船作业，利用船上悬挂的标准水听器实现，所述方法包括：

从水听器的接收信号中分别估计直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间、声弹爆炸的冲击波峰值和一次气泡脉动的周期；

以直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间、声弹爆炸的冲击波峰值和一次气泡脉动的周期的理论值为参数，结合估计值设计代价函数；

确定声源深度、声源与接收阵水平距离、海深三个参数的搜索范围，由此确定搜索空间；

在搜索空间内，计算不同位置处爆炸声源对应的水听器的直达声到达时间、海面反射声到达时间、海底反射声到达时间的理论值，接收到的冲击波峰值和一次气泡脉动周期的理论值，由此得到对应的代价函数值；

在搜索空间内，搜索代价函数值的最小值，根据其对应的声源深度和声源与接收阵水平距离确定爆炸声源的位置。

作为上述方法的一种改进，所述代价函数为：

f(dt₁,dt₂,dt₃,dt'₁,dt'₂,dt'₃,T,T',P,P')

＝|(dt₂-dt₁)-(dt'₂-dt'₁)|+|(dt₃-dt₁)-(dt'₃-dt'₁)|+100×|P-P'|+|T-T'|