[发明专利]基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；基于气象参数，计算声速的梯度分布；基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；传声器阵列接收数据，计算接收数据的协方差矩阵；根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和所述协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置。本发明能够有效降低弯曲效应对声探测的影响，提高低空声目标定位精度。

技术领域

本发明涉及一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置。

背景技术

直升机作为战场的主要机动设备，兼具较强的战斗能力和侦察能力。当其以超低空姿态飞行时甚至可以避开雷达的搜索。由于其具有动力设备具有明显的辐射噪声，很多工程人员采取声波被动探测的方式对其进行检测、定位和识别。

目前的探测手段主要分为基于波束形成、空间谱估计以及基于TDOA的方法。波束形成的方法一方面只能定向，另外获得高精度的方向信息需要较大的阵列的孔径，这很不利于工程化。空间谱估计的方法也受类似于波束形成的阵列参数限制，同事其算法计算复杂度较高，不利于对目标的快速解算。基于TDOA定位是目前的主要方法，在距离目标一定位置布设多个传声器接收目标信号，再通过信号处理算法估计各通道之间的信号到达时间差并结合几何位置关系进行交汇定位。然而，由于气象条件如温度和风速的变化，声目标到达传声器位置的声波传播路径存在一定弯曲效应，温度和风速的空间分布差异越大，弯曲效应越明显，这一效应会引起各传声器位置到达时间差存在一定误差，该误差会引起双曲线交汇定位较大误差甚至无法交汇定位目标。因此，基于传统方法对低空环境下声目标进行远距离探测性能较差，需要一种对声弯曲传播效应不敏感的声源反演定位方法。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置，能够有效降低弯曲效应对声探测的影响，提高低空声目标定位精度。

基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：

1、一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；

步骤2：基于气象参数，计算声速的梯度分布；

步骤3：基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；

步骤4：传声器阵列接收数据，计算接收数据的协方差矩阵；

步骤5：根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和所述协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置。

进一步地，步骤1中，以基准传声器位置为坐标原点，确定各传声器位置r_mic＝(x_mic,y_mic)；设定最大搜索距离R_max和最大搜索高度H_max；分别设定距离搜索间隔△R和搜索高度间隔△H，搜索网格总数目G为距离维度N_R＝R_max/△R和高度维度N_H＝H_max/△H的乘积。

进一步地，步骤1中，△R取值范围10m-50m，△H取50m；或△R取值范围100m-200m，△H取100m。

进一步地，步骤2中，所述当前气象参数包括温度和风速，声速与温度、风速的关系式如下：

式中，c₀是0℃时的空气声速，T₀是绝对零度，T是温度(K),v表示风速数值，θ表示声速方向与声传播方向的夹角。