[发明专利]一种冰下无人潜航器测距方法

说明书

本发明提供一种冰下无人潜航器测距方法，基于几何原理和声信号处理，当水下无人潜航器2发射信号至接收水听器3时，通过匹配滤波处理得到直达波和最短途径平面冰层1的下表面反射波的时延差，结合冰层下的水中声速，估计得到水下无人潜航器2与接收水听器3之间的水平距离；本发明在利用水下无人潜航器进行冰下航行作业时，由于冰层的存在，不易确定水下无人潜航器与接收水听器之间的距离，通过此方法可以估计出水下无人潜航器与接收水听器之间的距离，对水声研究具有一定的帮助。

技术领域

本发明涉及一种测距方法，尤其涉及一种冰下无人潜航器测距方法，属于水声学技术领域。

背景技术

水声测距是水声学领域的重要研究内容之一，水声测距是实现水下导航、探测等能力的基础，水声测距技术对海洋探索和开发具有重要的意义。水声测距技术体制按照工作方式可分为两种：主动测距和被动测距。主动测距从发射端发射信号到接收端，接收端接收到信号后会返回一个信号回到发射端，在发射端估计出发送和接收的时延，结合声速可以计算出收发两端的距离。被动测距一端发射信号，另一端被动接收信号，根据接收端接收信号的方位、时延差等信息，结合声速来估计发射端到接收端的距离。

极地蕴含着大量资源，但受地理、水文和气候条件限制，冰下环境探测任务困难重重。无人潜航器不需通过人们驾驶，可以靠遥控和自动控制在冰层覆盖下的水中航行，无人潜航器在执行冰下水声通信、探测、导航等航行作业时，需要实时监测无人潜航器与接收水听器的距离。本发明设计了一种估计在冰下航行作业的无人潜航器与接收水听器之间距离的测距方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服水下无人潜航器在冰下航行作业测距的困难而提供一种冰下无人潜航器测距方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种冰下无人潜航器测距方法，利用“虚源法”建立冰下声场模型，由以下步骤得出：

步骤一：设置冰下环境，水下无人潜航器2布放深度为d₁，接收水听器3布放深度为d₂，水下无人潜航器2与接收水听器3之间的水平距离R；

步骤二：利用勾股定理分别表示出水下无人潜航器2与接收水听器3之间的水平距离R与直达波所经途径R₁和经点O'反射传播到接收水听器端的反射波所经途径R₂的关系式，可计算得到途径R₁和R₂为：

步骤三：通过匹配滤波处理分析接收水听器3接收的信号可得到，经途径R₁到达接收水听器3的直达波和经途径R₂到达接收水听器3的反射波之间的时延差为Δτ；

冰层下的水中声速为c，可计算得到途径R₁和R₂的路程差为：

R₂-R₁＝cΔτ

通过计算上式，可得到水下无人潜航器2与接收水听器3之间的水平距离R为：

本发明还包括这样一些特征：