[发明专利]一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位系统及定位方法

权利要求书

1.一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位系统，其特征在于，包括惯导系统(1)、应答器(2)和超短基线系统(3)；

所述惯导系统(1)固定在水下移动平台(4)上，用于根据水下移动平台(4)的运动状态，输出惯性信息和实时速度信息至所述超短基线系统(3)；

所述应答器(2)，用于与所述超短基线系统(3)通信；

所述超短基线系统(3)包括信号处理单元(3-1)和超短基线基阵(3-2)，且信号处理单元(3-1)通过所述超短基线基阵(3-2)接收所述应答器(2)发射的应答信号；

所述信号处理单元(3-1)包括信息预测模块(3-1-1)、波束形成模块(3-1-2)、信号重构模块(3-1-3)和定位解算模块(3-1-4)；

所述信息预测模块(3-1-1)，与惯导系统(1)连接，用于根据惯性信息对所述应答信号的波达方向和信道冲激响应函数进行预测，以及根据实时速度信息对所述应答信号的多普勒频偏及相位变化进行预测；

所述波束形成模块(3-1-2)，与所述信息预测模块(3-1-1)连接，用于根据预测的波达方向，对超短基线基阵(3-2)进行多阵元波束形成，并利用多阵元波束形成后的超短基线基阵(3-2)接收所述应答信号；

所述信号重构模块(3-1-3)，同时与所述信息预测模块(3-1-1)连接，用于根据预测的多普勒频偏及相位变化调整参考信号的参数，并将调整参数后的参考信号与预测的信道冲激响应函数卷积得到重构的参考信号；

所述定位解算模块(3-1-4)，同时与所述波束形成模块(3-1-2)和所述信号重构模块(3-1-3)连接，用于通过应答信号和重构的参考信号计算所述应答信号的传播时延值，并根据所述应答信号的传播时延值，采用空间分集测量的方法实现定位。

2.一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位方法，其特征在于，基于权利要求1所述的系统，所述方法具体步骤如下：

步骤一、根据惯导系统输出的惯性信息和应答器的位置信息，结合水声定位解算模型，对应答信号的波达方向进行预测；根据惯导系统输出的实时速度信息对所述应答信号的多普勒频偏及相位变化进行预测；以及对所述应答信号的信道冲击响应函数进行预测；

步骤二、根据步骤一预测的应答信号的波达方向，对超短基线基阵进行多阵元波束形成，使得多阵元波束形成后的超短基线虚拟阵元接收所述应答信号；

步骤三、根据步骤一预测的应答信号的多普勒频偏及相位变化调整参考信号的参数，将调整参数后的参考信号与步骤一预测的信道冲激响应函数卷积，重构参考信号；

步骤四、将步骤三得到的重构的参考信号和步骤二得到的应答信号进行拷贝相关，通过拷贝相关结果峰值的位置，计算所述应答信号的传播时延值；

步骤五、利用所述传播时延值，基于超短基线基阵，采用分集测量方式进行定位解算。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中，根据惯导系统输出的惯性信息和应答器的位置信息，结合水声定位解算模型，对应答信号的波达方向进行预测的具体方法如下：

步骤一一、根据惯导系统输出的惯性信息和应答器的位置信息，结合水声定位解算模型，利用应答器在基阵坐标系下的预测位置，获得应答器与超短基线基阵之间相对位置关系，其中水声定位解算模型如下：

其中，为应答器在基阵坐标系下的预测位置；为水下移动平台在导航坐标系下预测位置，该包括在惯性信息中；为应答器在导航坐标系下位置，为载体坐标系到导航坐标系下的转换矩阵；为基阵坐标系到载体坐标系转换矩阵，为超短基线基阵的位置安装偏差；

步骤一二、根据应答器与超短基线基阵之间相对位置关系，从而确定接收信号的波达方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中，预测的信道冲击响应函数为：

其中：h(t_N+1)为t_N+1时刻预测的信道冲击响应函数，h(t_i),i＝i,2…,k,…,N为t_i时刻估计的信道冲击响应函数，为信道h(t_i)和信道h(t_j)的相关系数，为信道h(t_i)与h(t_N+1)的相关系数。