[发明专利]深海环境下利用非同步垂直阵的宽带声源被动定位方法

说明书

本发明涉及一种深海环境下利用非同步垂直阵的宽带声源被动定位方法，利用快速傅里叶变换，对N个接收水听器构成垂直阵所接收到的宽带信号进行处理，得到声源辐射的不同频率的信号在不同深度上的强度分布，构成矩阵M_K×N；将强度分布矩阵M_K×N进行标准化处理，将目标可能存在的区域划分网格，利用代价函数计算出每个网格点——对应声源距离r声源深度d上代价函数的输出值。在距离深度二维网格上取得最大值的某个声源距离和深度是目标位置。本发明不需要同步阵列，阵列水听器信号不要求严格同步，利用被动方式实现深海宽带目标定位，且对目标深度估计精确。

技术领域

本发明属于水声探测、声呐技术等领域，声源被动定位方法，涉及一种深海环境下利用非同步垂直阵的宽带声源被动定位方法，特别是涉及一种深海环境下利用非同步垂直阵对宽带声源进行被动距离和深度的估计方法。

背景技术

深海环境下水下声源定位方法通常是利用水听器阵列提取有用信息，如：多途信息、空间干涉信息等，并根据这些信息进行目标位置计算。传统的声源定位方法为匹配场处理方法，该类方法需要足够长的阵列采集足够的模态信息，并且计算量大，不适合深海应用。深海环境下声传播情况复杂，模式多样，不同情况下需要不同的定位方法，由于深海研究起步较晚，目前已有深海目标定位方法研究较少。

现有的深海声源定位方法多需要同步采集的阵列，或需要工作在主动模式下。公布号为CN 104793212 A的专利涉及一种主动发出声音对目标进行探测的方法，主动发声探测容易被对方探测到暴露本身信息；公布号为CN 108226933 A的专利涉及一种通过同步垂直阵提取条纹信息进行目标深度估计的方法，该方法只能估计目标深度，并且需要阵列同步，深海环境中大尺度同步阵列布放难度大。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种深海环境下利用非同步垂直阵的宽带声源被动定位方法，解决现有深海环境下声源定位方法需要同步传感器阵列、需要主动发声、部分方法仅能估计深度不能估计距离等问题。

技术方案

一种深海环境下利用非同步垂直阵的宽带声源被动定位方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将N个接收水听器等间隔构成垂直阵，布放在临界深度以下的深海近海底，采集近海面宽带声源发出的信号；利用深度传感器获取传感器的布放深度Z_n，其中n＝1,2,3...N；

步骤2、利用快速傅里叶变换对垂直阵采集的宽带信号进行处理：

单个水听器接收信号的快速傅里叶变换输出包含当前水听器深度上不同频率下的声强度P(f_k,z_n)，其中f_k是频率，f_k＝f_L+δk,k＝1,2...K，f_L是宽带信号的下限频率，δ是频率间隔，z_n是接收水听器的深度；对所有水听器接收到的信号进行计算，得到声源辐射的不同频率的信号在不同深度上的强度分布，构成强度分布矩阵M_K×N，该矩阵由P(f_k,z_n)构成；

步骤3、将强度分布矩阵M_K×N进行标准化处理，减弱水听器接收响应偏差的影响：

定义系数向量A＝{η₁,η₂,...,η_N}和能量向量S＝{s₁,s₂,...,s_N}；

其中利用迭代或其他优化算法计算使能量向量S方差最小的向量A；