[发明专利]一种单矢量水听器被动定位及航迹预测方法

说明书

本发明属于水声目标被动定位技术领域，具体涉及一种单矢量水听器被动定位及航迹预测方法。本发明弥补了现有方法只估计目标相对速度实现目标定位的局限性，为降低海洋环境先验信息依赖性提供新方法。本发明可以对匀速直线运动目标利用单矢量水听器实现目标绝对速度和距离的测量，以此为依据预测目标的后续航迹，并且不需事先确定海洋环境信息。本发明利用第二种干涉条纹方程，很大程度上降低对海洋环境先验信息的需求。作为水声定位领域的发明，本发明有利于在小平台安装有利于自主化探测设备的发展。

技术领域

本发明属于水声目标被动定位技术领域，具体涉及一种单矢量水听器被动定位及航迹预测方法。

背景技术

在水声领域，被动定位技术有着良好的隐蔽性，单水听器具有其布防便利性的优点，因此单水听器被动定位具有非常好的应用前景，也一直受到世界各国学者的关注与研究。矢量水听器同时接收目标辐射的声压信号和振速信号，相对于单声压水听器不仅可以获得目标的方位信息，而且还可以获得额外的空间增益，单矢量水听器被动定位具有更好的发展前景。

文献“Model-independent range localization of a moving source inshallow water.”(Rakotonarivo S T,Kuperman W A.Journal of the AcousticalSociety of America,2012,132(4):2218.)提出了一种基于简正波理论的利用不同时刻声压信号进行互谱得到目标径向速度，并结合径向速度的变化规律和干涉条纹干涉规律两种方式分别估计得到目标的距离。

文献“基于单矢量水听器的水面目标运动分析.”(吴艳群,胡永明.声学技术,2010(04):361-364.)提出了一种利用矢量水听器测量接收目标的水平角以及俯仰角的变化来定位目标距离，由于此方法依赖于接收目标的水平角和俯仰角，因此限定了此方法只能在近距离使用。

专利“一种基于阵不变量的单矢量水听器被动定位方法”(ZL201510400349.9)中提出一种利用声压和振速信号的短时傅里叶变换得到各阶简正波俯仰角与其到达时间的模糊度平面，进行峰值检测得到线性回归数据点再利用阵不变量的方法实现目标定位的方法。该方法虽然实现了单个矢量水听器被动定位，但是让干扰能力差，并且需要一定的海洋环境先验知识。

专利“基于DEMON谱的单矢量水听器自主测距装置及方法”(ZL202010134419.1)其算法原理引用了文献“Model-independent range localization of a moving source inshallow water.”(Rakotonarivo S T,Kuperman W A.Journal of the AcousticalSociety of America,2012,132(4):2218.)中的互谱测目标径向速度的算法但引入了其DEMON谱和光纤矢量水听器硬件设计流程，没有在本质上提高互谱测速的性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术只有目标径向速度的测量的问题，提供可以对匀速直线运动目标利用单矢量水听器实现目标绝对速度和距离的测量的一种单矢量水听器被动定位及航迹预测方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：单矢量水听器接收声压信号和振速信号，获取目标当前时刻的方位角a₁；

步骤1.1：对声压信号P、x方向的振速v_x及y方向的振速v_y做傅里叶变换，得到相应的频谱P(f)，v_x(f)和v_y(f)；

步骤1.2：将声压信号和振速信号在每个频率f进行互谱，得到x方向的声压与振速互谱I_x(f)和y方向的声压与振速互谱I_y(f)；