[发明专利]具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标及定位方法

权利要求书

1.一种水下噪声源被动定位方法，采用具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，包括浮标本体，在浮标本体的底部连接有锚链，在锚链的底部连接有重力锚，重力锚固定在海底，其特征在于：在浮标本体上还连接有尼龙绳，在尼龙绳上设置有噪声源定位阵元装置，所述噪声源定位阵元装置包括第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆，所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆均相互交叉垂直布置，共同连接成三维坐标系结构，在第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆上分别设置有偶数个声压传感器，且第一支撑杆、第二支撑杆或第三支撑杆上的声压传感器均沿第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆的交点呈对称分布；

水下噪声源被动定位方法具体包括以下步骤：

步骤一、采用自适应门限检测方法对水下噪声源判别

首先对各个声压传感器接收到的信号进行处理，对处理过的信号x(t)进行双门限能量检测，以λ₁，λ₂作为能量检测的上下门限，若累积能量Yλ₁，则认为所选频谱被占用；若Yλ₂，则认为所选频谱空闲；若λ₂≤Y≤λ₁，则认为利用能量检测法无法判决所选频谱的占用状态，定义该区域为不可靠区S，此时再对处理过的信号x(t)进行循环平稳特征检测；

步骤二、采用多阵元混合定位方法对判别出的水下噪声源进行被动声源定位

(1)利用三维坐标系X、Y、Z三个轴上的以原点为对称点的6m+n个阵元，m≥1,n≥0，且n为偶数，必须在一个轴上，且关于坐标系原点对称确立阵元坐标；

(2)以原点o为中心，对称分布于x,y,z轴上，其中M₁-M₆为6个阵元，组成XOY、YOZ、XOZ三个平面坐标系上的十字阵，此外有6(m-1)+n个阵元呈十字阵或线列阵布置在其中；

(3)设声源位置为S(x,y,z)，声源距坐标原点距离为r，声源S到阵元M₁的距离为R₁，声源S到阵元M₂的距离为R₂，d₁₂,d₁₃,d₁₄为阵元之间的声程差，以d₁₂为例进行说明，d₁₂为目标到阵元1和阵元2的距离之差，则根据目标和声阵的几何位置关系有：

利用M₁～M₆ 6个阵元组成空间坐标系中的三个四元十字阵

分别为xoy面，4个阵元组合M₁,M₂,M₃,M₄

分别为yoz面，4个阵元组合M₂,M₅,M₄,M₆

分别为xoz面，4个阵元组合M₁,M₅,M₃,M₆

A：xoy面十字阵，4个阵元M₁,M₂,M₃,M₄

得出

B：yoz面，4个阵元组合M₂,M₅,M₄,M₆

得出

C:xoz面，4个阵元组合M₁,M₅,M₃,M₆

得出

其中d₁₂＝τ₁₂c，d₁₃＝τ₁₃c，d₁₄＝τ₁₄c，d₁₅＝τ₁₅c，d₁₆＝τ₁₆c，d₂₄＝τ₂₄c，d₂₅＝τ₂₅c，d₂₆＝τ₂₆cτ_ij为声源到阵元i和j的时延差，c为声速，目标声源坐标(x,y,z)；

(4)剩余6(m-1)+n个阵元可任意放在x轴，y轴，z轴上，并与x或y或z轴上的阵元组成间距为2L的线列阵或者间距为4L的十字阵；

以线列阵为例，该阵元位置为M_i(x_i,y_i,z_i)，则有

c为声速；t_i为第i个阵元所测时延；

以x轴三元线列阵为例

得到

得出

y存在二值：即线列声压阵存在的左右舷模糊问题；

(5)利用各十字阵和线列阵通过计算时延差得到值做求平均处理，得到一个较为准确的目标声源位置。