[发明专利]一种三维运动平台搭载的小尺度阵高分辨测向方法

说明书

一种三维运动平台搭载的小尺度阵高分辨测向方法，涉及水声探测技术领域。本发明是为了解决现有海洋开发三维运动平台对探测性能影响大，搭载的不规则小型声学阵列探测能力低、分辨力差的问题。本发明给出了一种先进行阵元坐标修正，将测量模型转换到大地坐标系再进行一维方位测量的方法，然后，利用反卷积波束形成处理提供小尺度阵的分辨能力。本发明适合应用于获得去除了载体运动影响后的目标在大地坐标系下真实的方位测量结果。

技术领域

本发明属于水声探测和阵列信号处理技术领域，尤其涉及测向方法。

背景技术

近年来，随着海洋开发技术的发展，越来越多的水下三维运动平台被应用到海洋深处进行科学探索研究，例如UUV平台、水下滑翔机平台等等。声纳是水下移动平台搭载的重要探测设备之一，利用声纳设备可以对水中的声学目标进行探测和定位。声纳设备在对目标进行探测时不可避免的会受到搭载平台的影响。这种影响主要体现在两个方面：一是平台的运动对探测产生的影响，水下滑翔机等三维运动平台与水面船等二维运动开发平台相比其运动态势更复杂，对探测性能的影响更大；二是搭载平台会对基阵形态和尺寸产生影响，UUV或水下滑翔机等海洋开发平台尺度较小，搭载能力有限，搭载声纳基阵尺寸小，小尺度阵列常规处理存在探测能力低分辨力差等问题。此外，为了充分利用布阵空间，探测声纳阵列经常需要采用不规则形状的共形阵。

针对上述三维运动平台搭载的不规则形状小尺度阵列探测问题，现有技术中给出了可以直接获得远距离目标在大地坐标系下水平方位角高分辨测向方法。目前对运动平台高精度测向方法研究的主要文献有：《基于运动平台的高精度测向和定位》，张洪义，西安电子科技大学硕士论文(以下简称文献1)。还有对罗经姿态修正方法进行了研究的《采用姿态修正的单矢量水听器远场测向技术》，牛嗣亮、张振宇、胡永明、倪明，声学技术.2008，(以下简称文献2)。

文献1论文对以飞机为载体的机载侦察系统对目标的测向和定位问题进行了研究，其应用环境和测向方法并不适用于三维运动平台搭载的不规则形状小尺度阵列探测环境。

文献2对单矢量水听器发生转动情况下的目标真方位测量问题进行了研究。与小尺度声压阵应用问题不同，其采用的测向方法是基于矢量水听器的测向方法。

发明内容

本发明是为了解决现有海洋开发三维运动平台对探测性能影响大，搭载的不规则小型声学阵列探测能力低、分辨力差的问题，现提供一种适用于三维运动的水下平台所搭载的任意形状声学阵列对远距离目标进行大地坐标下的真方位测向方法。

一种三维运动平台搭载的小尺度阵高分辨测向方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：利用坐标修正矩阵将每个载体坐标系下的阵元位置坐标修正为大地坐标系下的阵元位置坐标，所述坐标修正矩阵由罗经数据生成、并记录在罗经系统内部；

步骤二：利用大地坐标系下的阵元位置坐标生成点扩散函数字典

步骤三：利用大地坐标系下的阵元位置坐标对阵列接收信号进行远场常规波束形成，获得常规波束形成空间谱输出结果P(θ)；

步骤四：对常规波束形成空间谱输出结果P(θ)和点扩散函数字典进行反卷积处理，获得高分辨空间谱输出结果

进一步的，上述步骤一具体如下：

利用位于载体坐标系中心的罗经分别测得当前时刻三维运动平台的航向角α、纵倾角β和横滚角γ；

利用下式将第i个阵元在载体坐标系下的阵元位置坐标修正为第i个阵元在大地坐标系下的阵元位置坐标

其中，i＝1,2,...M,M为阵元总数，A为坐标修正矩阵，

进一步的，上述步骤二中，根据下式生成点扩散函数字典