[发明专利]一种利用单矢量水听器的宽带声源深度估计方法

权利要求书

1.一种利用单矢量水听器的宽带声源深度估计方法，所述单矢量水听器潜标系统布放于深海；所述方法包括：

通过单矢量水听器采集近海面宽带声源发出的四分量宽带信号：声压信号和三分量质点振速信号；

利用快速傅里叶变换对单矢量水听器采集的四分量宽带信号进行处理，得到各频点处的四分量信号频谱；

由各频点处的四分量信号频谱，计算得到三个方向的声能流，然后计算目标到达角；

对声压信号频谱强度进行去均值处理获得去均值后的声场强度谱，对声场强度谱沿频率轴进行谱分析，获得到达时延谱或频率干涉周期谱；

利用声源深度与到达时延谱、目标到达角三者的关系建立深度函数或者利用声源深度与频率干涉周期谱、目标到达角三者的关系建立深度函数；则深度函数最大值点对应的深度为声源深度估计值；

所述三分量质点振速信号包括：v_x(t)、v_y(t)和v_z(t)，其中，x、y和z为以单矢量水听器为本体定义的互相垂直的三个方向，z方向垂直于海平面，t表示时间；信号单次采集长度为1s-10s，信号的采样率为f_s，其取值范围100Hz-10kHz；

所述由各频点处的四分量信号频谱，计算得到三个方向的声能流，然后计算目标到达角；具体包括：

计算x、y和z三个方向的声能流I_x、I_y和I_z：

其中，上标*表示复共轭算符，符号表示取数据实部；P(f_i)、V_x(f_i)、V_y(f_i)和V_z(f_i)分别为频点f_i处的声压信号频谱、x方向质点振速信号频谱、y方向质点振速信号频谱和z方向质点振速信号频谱，i＝1,2,…,L，L为频点的总数，f₁和f_L为选用频率范围的上下界；

由x方向和y方向的声能流，计算目标方位角

由x方向和y方向的声能流及目标方位角，利用下式合成水平声能流I_r：

由垂直声能流I_z和水平声能流I_r，利用下式计算得到目标到达角θ_s：

θ_s＝|arctan(I_z/I_r)|

目标到达角θ_s取值范围为0-90度；

所述对声压信号频谱强度进行去均值处理获得去均值后的声场强度谱，对声场强度谱沿频率轴进行谱分析，获得到达时延谱；具体为：

计算去均值后的声场强度谱I₁(f_i)：

对I₁(f_i)沿频率轴进行谱分析，获得到达时延谱Q₁(τ_j)，τ_j为到达时延，其为区间内以为采样间隔的序列，即j为采样点的序号；

由频率干涉周期f_period与到达时延的关系f_period＝1/τ_j，获得频率干涉周期谱Q₂(f_period)：

Q₂(f_period)＝Q₁(1/f_period)

所述利用声源深度与到达时延谱、目标到达角三者的关系建立深度函数，具体为：

E(z_s)＝Q₁(2z_ssinθ_s/c_ref)

其中，E(z_s)为深度函数，z_s为声源深度，c_ref为参考声速，取值为1500m/s；

所述利用声源深度与频率干涉周期谱、目标到达角三者的关系建立深度函数，具体为：

E(z_s)＝Q₂(c_ref/2z_ssinθ_s)

其中，E(z_s)为深度函数，z_s为声源深度，c_ref为参考声速，取值为1500m/s。