一种基于扰动声线的小目标定位方法

摘要

本发明公开了一种基于扰动声线的小目标定位方法，所述方法包括：步骤1)在探测声场内，对接收到的多条本征声线进行分离；步骤2)从多条本征声线选择出M条扰动声线，所述扰动声线为受目标扰动的本征声线；步骤3)根据每条扰动声线的第一菲涅尔区减弱区的半径，确定探测点的每条扰动声线的定位系数；步骤4)在探测声场中，对每个探测点的M条扰动声线的定位系数求和，则最大求和值对应的探测点为目标位置。本发明提出的利用扰动声线的第一菲涅尔区的减弱区近似扰动声线主要区域的方法，大大减小了计算量，通过简单的几何计算便可以确定扰动声线的主要区域，省去了在每点计算两个格林函数的复杂过程。

权利要求

1.一种基于扰动声线的小目标定位方法，所述方法包括：步骤1)在探测声场内，对接收到的多条本征声线进行分离；

步骤2)从多条本征声线选择出M条扰动声线，所述扰动声线为受目标扰动的本征声线；

步骤3)根据每条扰动声线的第一菲涅尔区减弱区的半径，确定探测点 的每条扰动声线的定位系数；

步骤4)在探测声场中，对每个探测点 的M条扰动声线的定位系数求和，则最大求和值对应的探测点为目标位置；

所述步骤3)的实现过程为：

计算探测点 的第m，m＝1…M条扰动声线的第一菲涅尔区减弱区的半径公式：其中， 是探测点 至第m条扰动声线的发射阵元的连线在第m条扰动声线上的投影长度， 是第一菲涅尔区减弱区的半径，Lm是第m条扰动声线的总长度，λ为波长；

根据 确定探测点 的第m条扰动声线的定位系数其中， 是探测点 到第m条扰动声线的距离， 为探测点 的第m条扰动声线第一菲涅尔区减弱区的半径， 是第m条扰动声线的声压相对变化量。

2.根据权利要求1所述的基于扰动声线的小目标定位方法，其特征在于，所述步骤1)通过时域脉压、波束形成或双波束形成实现。

3.根据权利要求1所述的基于扰动声线的小目标定位方法，其特征在于，所述步骤2)的实现过程为：计算已分离的本征声线的声压相对变化值，超过设定阈值的是扰动声线。

4.根据权利要求1所述的基于扰动声线的小目标定位方法，其特征在于，所述步骤4)的实现过程为：对每个探测点 的M条扰动声线的定位系数求和：则探测点 为目标的位置。

说明书

一种基于扰动声线的小目标定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及目标定位领域，具体涉及一种基于扰动声线的小目标定位方法。

背景技术

[0002] 目标进入声场会对原有的部分本征声线产生扰动，扰动声线包含了目标的位置 信息，那么对扰动声线进行描绘和交汇，便可以实现目标定位。目标进入声场会对 声场的声速分布和密度分布产生扰动，在一阶波恩近似的情况下，格林函数的扰动 量ΔG与密度扰动量Δρ和声速扰动Δc量成线性关系，如式(1)：

[0003]

[0004] 其中 和 分别表示发射和接收的位置， 表示目标位置， 和 分别表示发射到目标的格林函数和目标到接收的格林函数。 是向量 
和向量 之间的夹角，同理 是向量 和向量 之间的夹角。 而格
林函数的扰动ΔG又会对接收阵元上的声压场产生扰动ΔP，如式(2)：

[0005]

[0006] 其中Ps(ω)是声源的谱。ΔP是声压场变化的时域表示，声压P的表示如式(3)， 对于提取的本征声线用式(4)表示的声压相对变化ΔP/P作为观测量，该量受声场 密度相对变化Δρ/ρ和声速相对变化Δc/c影响。换言之，位于 的目标会对一些本征 声线的声压相对变化ΔP/P产生影响。对于每一条扰动声线，计算目标位于每一点声 压相对变化ΔP/P，将所有检测到的扰动声线的仿真结果叠加，便可以实现目标的定 位。

[0007]

[0008]

[0009] 利用上述方法实现目标定位的计算量是巨大的。因为对于每条扰动声线，都需 要遍历整个波导以得到两个格林函数 和 然后再利用式(1)和 式(2)积分求得声压相对变化，最后再对所有扰动声线进行累加。因此现有的基于扰 动声线的小目标定位方法计算量大、不易实现。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于克服现有基于扰动声线的小目标定位方法存在的计算量大、 不易实现等问题，提出了利用扰动声线的第一菲涅尔区的减弱区近似扰动声线主要 区域的方法，大大减小了计算量，通过简单的几何计算便可以确定扰动声线的主要 区域，省去了在每点计算两个格林函数的复杂过程。

[0011] 为了实现上述目的，本发明提出了一种基于扰动声线的小目标定位方法，所述 方法包括：

[0012] 步骤1)在探测声场内，对接收到的多条本征声线进行分离；

[0013] 步骤2)从多条本征声线选择出M条扰动声线，所述扰动声线为受目标扰动的 本征声线；

[0014] 步骤3)根据每条扰动声线的第一菲涅尔区减弱区的半径，确定探测点 的每条 扰动声线的定位系数；

[0015] 步骤4)在探测声场中，对每个探测点 的M条扰动声线的定位系数求和，则 最大求和值对应的探测点为目标位置。

[0016] 作为上述方法的一种改进，所述步骤1)通过时域脉压、波束形成或双波束形成 实现。

[0017] 作为上述方法的一种改进，所述步骤2)的实现过程为：计算已分离的本征声线 的声压相对变化值，超过设定阈值的是扰动声线。

[0018] 作为上述方法的一种改进，所述步骤3)的实现过程为：

[0019] 计算探测点 的第m，m＝1…M条扰动声线的第一菲涅尔区减弱区的半径公 式：

[0020]

[0021] 其中， 是探测点 至第m条扰动声线的发射阵元的连线在第m条扰动声 线上的投影长度， 是第一菲涅尔区减弱区的半径，Lm是第m条扰动声线 的总长度，λ为波长；

[0022] 根据 确定探测点 的第m条扰动声线的定位系数

[0023]

[0024] 其中， 是探测点 到第m条扰动声线的距离， 为探测点 的第 m条扰动声线第一菲涅尔区减弱区的半径， 是第m条扰动声线的声压相对变化量。

[0025] 作为上述方法的一种改进，所述步骤4)的实现过程为：

[0026] 对每个探测点 的M条扰动声线的定位系数求和：

[0027]

[0028]

[0029] 则探测点 为目标的位置。

[0030] 本发明的优势在于：

[0031] 本发明提出的利用扰动声线的第一菲涅尔区的减弱区近似扰动声线主要区域的 方法，大大减小了计算量，通过简单的几何计算便可以确定扰动声线的主要区域， 省去了在每点计算两个格林函数的复杂过程。

附图说明

[0032] 图1是本发明的基于扰动声线的小目标定位方法的流程图；

[0033] 图2是一条扰动声线的第一菲涅尔区的减弱区的示意图；

[0034] 图3是利用本发明提出的方法得到的实际定位结果示意图。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

[0036] 如图1所示，一种基于扰动声线的小目标定位方法，所述方法包括：

[0037] 步骤1)在探测声场内，对接收到的多条本征声线进行分离；

[0038] 由于波导边界的存在，实际接收信号是经过信道扩展的多途信号，分离本征声 线的目的是得到每个途径的接收波形，而不受其他途径干扰。根据实际水文条件和 发射阵及接收阵的布放情况，可以采用时域脉压、波束形成和双波束形成三种方法 实现。

[0039] 步骤2)从多条本征声线选择出M条扰动声线，所述扰动声线为受目标扰动的 本征声线；

[0040] 计算已分离的本征声线的声压相对变化，超过设定阈值的是扰动声线，确定扰 动声线对应的发射阵元、接收阵元以及传播途径；

[0041] 步骤3)根据每条扰动声线的第一菲涅尔区减弱区的半径，确定探测点 的每条 扰动声线的定位系数；

[0042] 计算探测点 的第m，m＝1…M条扰动声线的第一菲涅尔区减弱区的半径公 式：

[0043]

[0044] 其中， 是探测点 至第m条扰动声线的发射阵元在第m条扰动声线上的 投影长度， 是第一菲涅尔区减弱区的半径，Lm是第m条扰动声线的总长 度，λ为波长；

[0045] 根据 确定探测点 的第m条扰动声线的定位系数

[0046]

[0047] 其中， 是探测点 到第m条扰动声线的距离，扰动声线是根据声速分布仿 真得到， 为探测点 的第m条扰动声线第一菲涅尔区减弱区的半径， 是 第m条扰动声线的声压相对变化量。

[0048] 图2是根据式(5)和式(6)计算得到的探测点 的一条扰动声线的定位系数 主要反映的是该扰动声线的第一菲涅尔区减弱区。

[0049] 步骤4)在探测声场中，对每个探测点 的M条扰动声线的定位系数求和，则 最大求和值对应的探测点为目标位置：

[0050]

[0051]

[0052] 其中，探测点 为目标的位置。

[0053] 实例：

[0054] 利用本发明所提出的方法处理某次声屏障实验数据。系统参数为：发射阵和接 收阵的距离为71m，水深约24m，信号采用中心频率24kHz、带宽8kHz、脉宽10ms 的LFM信号，目标为直径0.4m的注水铁球。目标位于距发射阵8.0m深14.1m的位 置时，采用本发明提出的方法得到的定位结果如图3所示。

[0055] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管 参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均 应涵盖在本发明的权利要求范围当中。