[发明专利]一种基于水下机动平台的声信标测向及定位方法

说明书

本发明公开了一种基于水下机动平台的声信标测向及定位方法，步骤1：信号测向：基于迭代更新的思想使波束方向逐步接近声信标方向，并通过多项式求根计算更新波束方向；步骤2：声信标方向跟踪：建立一阶角度跟踪模型，并通过粒子滤波算法利用历史信息实现声信标测向结果的平滑及测向精度的进一步提高；步骤3：声信标定位：使用新型角交汇定位模型，建立解算方程，并采用拟牛顿迭代法进行非线性方程组求解，实现定位解算。经过以上声信标方向根据后，可以充分挖掘了历史信息，提升了测向精度；且减少了野值点，降低了野值点对声信标定位的影响。

技术领域

本发明属于声信标测向及定位的技术领域；具体涉及一种基于水下机动平台的声信标测向及定位方法。

背景技术

基于水下机动平台的声信标测向及定位，指的是利用水下机动平台搭载水听器阵列对声信标进行信号方位估计，进而根据水下机动平台在不同位置的方位估计结果解算声信标位置的技术。水下机动平台声信标测向与定位具有被动实施、定位精度高、鲁棒性好等优点。因此，广泛应用于黑匣子等声信标搜探、水下通信设备侦察等场合，具有重要的民用及军用价值。

现有的声信标测向方法其波束角度是离散的。当声信标方向与离散的波束角度不一致时，会造成测向精度的下降。此外，在测向时没有充分利用历史信息，测向精度有进一步提高的空间。利用目声信标测向信息进行定位，现有的方法通常假定声信标与水下机动平台在同一平面内。在实际情况中，声信标位于海底，而水下机动平台距离海底有一定距离。两者的失配会造成较大的解算误差。因此，无论对于声信标测向还是定位，其精度均有较大的改进空间。本专利涉及一种基于水下机动平台的声信标测向及定位方法，可以有效提高声信标测向精度及定位精度。

发明内容

本发明涉及一种基于水下机动平台的声信标测向及定位方法，水下机动平台在不同位置接收声信标所发射的水声信号，测得信号方位分别为θ₁,θ₂,...,θ_n；通过历史信息对信号方位进行跟踪，提高声信标的测向精度；利用不同位置的测向结果结合水下机动平台自身惯性导航信息解算声信标位置，实现定位功能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于水下机动平台的声信标测向及定位方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：信号测向：基于迭代更新的思想使波束方向逐步接近声信标方向，并通过多项式求根计算更新波束方向；

步骤2：声信标方向跟踪：建立一阶角度跟踪模型，并通过粒子滤波算法利用历史信息实现声信标测向结果的平滑及测向精度的进一步提高；

步骤3：声信标定位：使用新型角交汇定位模型，建立解算方程，并采用拟牛顿迭代法进行非线性方程组求解，实现定位解算。

所述步骤1中的测向波束为单频声波信号，所述信号模型如下：

X＝a(θ_n)s+N (1)

X为N×L维接收信号矩阵，N为接收水听器个数，L为快拍数；s为1×L维发射信号矢量，发射信号为CW脉冲信号，则其发射信号矢量为：a(θ_n)为N×1维阵列导向矢量，本发明采用均匀线阵，则其导向矢量为：式中：ω_θ＝(dω₀/c)sinθ_n为空间频率，c为水下声速，d为阵元间距，θ_n为信号方向，[*]^T表示矩阵转置；N为N×L维噪声矩阵。

进一步的，所述步骤1的通过迭代逐步更新搜索角度与信号方向的差值Δ，更新值由信号后验概率分布的最大期望值给出，包括以下步骤：

步骤1.1：初始化方差矩阵R、噪声功率搜索角度与信号方向差Δ，