[发明专利]一种基于时域warping变换的被动测距方法

说明书

本发明公开了一种基于时域warping变换的被动测距方法，该方法包括如下步骤：对接收信号进行时域warping变换；对时域warping变换后的信号进行频域滤波，分离和提取简正模；对分离得到的简正模，取其中两号模做互相关，提取互相关的时延，根据时延比值与距离比值的关系，利用一个引导声源，对未知声源进行测距；为了提高测距精度以及提高测距的鲁棒性，利用多号简正模进行测距，然后取加权平均，考虑到低号模在近距离分离效果不明显，而高号模能量很弱，因此取中间几号模分离效果较明显且能量较强的。该方法通过时域warping变换分离和提取简正模，再利用简正模的互相关提取与距离有关的时延，进而实现声源测距，仿真结果表明，该方法能够有效地估计声源距离。

技术领域

本发明涉及水声工程技术领域，特别涉及一种基于时域warping变换的被动测距方法。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，海洋在全球中的战略地位受到各国关注。海洋目标探测在海洋科学研究、资源开发、权益维护，特别是安全防卫中发挥重要的作用，也得到了各国科研人员的广泛关注。海洋中目标的距离测量和估计作为海洋目标探测的重要组成部分一直以来都是科学研究的热点。

目前在海洋工程中广泛应用的目标测距技术有多种，根据定位系统工作方式主要分为主动测距和被动测距。主动测距是指探测平台主动发射源信号，利用接收到的目标回波信号信息，对目标进行距离估计的方法。主动测距方式由于主动发射探测信号，对目标回波有一定的先验知识，有利于获得目标的位置信息。但是在军事领域，使用主动工作方式，敌方有可能探测到平台发射的探测信号，使本身完全暴露于敌方，进而遭到敌方运用武器进行反攻击，使得本方的安全性不能得到保障。被动测距技术是指根据目标辐射的声信号对目标进行距离估计。因此，其高隐蔽性、作用距离等特性对于提高系统在错综复杂环境下的作战能力和生存能力具有重要作用。

现有的技术面临的挑战主要有：1.传统的几何定位方法是利用声基阵对目标的方位角进行估计，然后通过方位角确定目标的方位线，通过多个声基阵测量得到的方位线的交点确定目标的位置，从而得到目标与观测站的距离。该方法的测距精度严重依赖于方位角的估计精度，对于方位角误差非常敏感，所以在实际应用中存在很大的局限性。2.传统的匹配场处理方法，在模型和驱动模型的参数准确的情况下具有良好的定位性能，但是声场环境是复杂多变的，实际的环境具有随机性，难以取得准确的参数驱动模型，况且目前的模型也难以做到随机描述，而匹配场处理方法对于模型的失配特别敏感，且对于模型失配还没有好的解决方案。此外匹配场处理方法需要事先进行大量的计算，生成拷贝场，对于计算速度的要求较高。3.目标运动分析方法也是目前广泛使用的一种方法，通过对运动目标进行连续测量，进而实现目标的跟踪，但是这种方法需要对目标进行较长时间的测量才能够比较准确地确定目标的位置，并且对与目标和观测站的运动状态也有较高的要求，要求目标做匀速或匀加速直线运动，并且需要观测站做有效机动，在某些条件下可能是不可观测的。

综上，提出一种对现有测距技术的一种补充技术，以使得在现有定位方法基础上，水声定位技术领域更加完善，这也是整个水声领域一直致力于研究的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对目前水声领域测距技术的不足，提供了一种基于时域warping变换的被动测距方法，用于估计目标声源与观测站之间的距离，测距的精度较高，且具有较高的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种基于时域warping变换的被动测距方法，其用于发射信号为短时宽带脉冲信号的未知声源的被动测距，所述方法包括如下步骤：

(1)接收信号：

1.1)发射信号：引导声源和未知声源发射短时宽带脉冲信号；

1.2)声场环境：声源发射信号通过水下声场环境到达水听器；

1.3)接收信号：单个水听器接或水听器阵列接收来自引导声源和未知声源的信号；