[发明专利]一种潜水员使用的便携成像声呐系统

权利要求书

1.一种潜水员使用的便携成像声呐系统，其特征在于，包括潜水员头盔和腰部处理盒，所述腰部处理盒对所述头盔采集的数据采用综合信息处理与线控软件进行无源目标定位算法计算潜水员所跟踪目标的位置，所述无源目标定位算法包括以下步骤：

S1：构建无源目标定位声像声呐数据采集空间模型，潜水员头盔中的多波束成像声呐采集被监测目标的坐标L＝[x y]^T，所述多波束成像声呐作为发射信号端T_x，所述发射信号端T_x的坐标表示为L_T＝[0 0]^T，所述被监测区域内具有N个接收声呐信号的接收端，第i个接收端的坐标为N个接收端形成接收端集合

S2：利用所述S1步骤构建的空间以及采集到的数据，构建所述被监测目标的数据到达第i个接收端时间t_i测量计算模型：

其中，‖·‖₂代表计算欧氏距离，c为光速，为具有方差为的零均值高斯测量噪声；

S3：计算从所述发射信号端T_x至被监测目标再到第i个接收端的距离测量值r_i，N个接收端的距离测量值形成距离测量值集合所述距离测量值r_i的计算公式如下：

其中，是真实距离测量，是测量噪声，n_i遵循高斯分布高斯分布为零均值且方差为零

S4：构建在没有测量噪声的情况下，N个所述真实距离测量d_i定义的一个椭圆E_i模型：

其中，真正的被测目标位置L＝[x y]^T在至少三个实线椭圆的交点处确定；

S5：对应于所述S1步骤计算得到的所述被监测目标的数据到达第i个接收端时间t_i测量测量值，构建在存在测量噪声的情况下，所述S3步骤构建的所述距离测量值r_i的向量计算模型：

r＝d(L)+n；

其中d(L)为真距离测量矢量，通过如下公式计算：

其中，n＝[n₁…n_N]^T是对应的测量噪声矢量，基于成像声呐到达第i个接收端的时间测量来估计无源目标的未知位置；

S6：采用最大似然估计法求解所述真距离测量矢量d(L)中的被监测目标的未知位置坐标L，进而实现准确定位被监测目标位置。

2.根据权利要求1所述的一种潜水员使用的便携成像声呐系统，其特征在于，所述S6步骤采用最大似然估计法求解被监测目标的未知位置坐标L包括以下步骤：

S61：构建被监测目标的未知位置坐标L的最大似然函数M(L)：

其中，f(r|L)为概率密度函数，为对角协方差矩阵；

S62：构建所述真距离测量矢量d(L)的对数计算模型：

其中，A＝ln(1/(2π)^N/2det(C)^1/2)，是一个独立于L的常数；

S63：构建所述被监测目标的未知位置坐标L的最大似然目标函数的负对数最小化模型进而间接求解所述被监测目标的未知位置坐标L的最大似然目标函数J_ML(L)：

S64：求解所述S63构建的最小化模型中被监测目标的未知位置坐标L的最优解

3.根据权利要求1所述的一种潜水员使用的便携成像声呐系统，其特征在于，所述潜水员头盔包括多波束成像声呐、水下摄像机、OLED眼镜和照明灯，，所述潜水员头盔内设置有分系统嵌入式软件。

4.根据权利要求3所述的一种潜水员使用的便携成像声呐系统，其特征在于，所述多波束成像声呐采用双频方案，包括接收换能器、模拟前端信号调理模块、FPGA及电信号和模拟信号转换处理模块、FPGA数字信号处理控制模块、功率放大模块和发射换能器。