[发明专利]基于高功率低频宽带脉冲声源的水下远程定位技术

说明书

本发明属于水声定位技术领域，涉及一种基于高功率低频宽带脉冲声源的水下远程定位技术。本发明采用高功率低频宽带脉冲声源作为海底信标，海底信标系统和水下平台上的接收系统进行时钟同步，每个信源发射具有不同主频特征的信号，水下平台通过测量多个信源信号的单程传播时间，并基于球面定位方程和最小二乘法来解算自身的位置。本发明采用高功率低频宽带脉冲声源作为海底信标，并组成基阵用于水下平台的远程定位，具有主频更低(低于1kHz)的特点，相同源级下能传播更远的距离；脉冲窄(半峰宽＜1ms)，多途分离明显，有利于深远海远程(≥100km)定位。

技术领域

本发明属于水声定位技术领域，涉及一种基于高功率低频宽带脉冲声源的水下远程定位技术。

背景技术

水声定位导航技术是一种以基线的方式激励，通过测量声波传播的时间、相位、频率等信息实现定位与导航的技术。由于声波是迄今为止人类发现的水下唯一有效的信息载体，水声定位技术是目前水下目标定位与跟踪的主要手段。水声定位按基线长度可以分为长基线、短基线和超短基线。长基线阵的基元空间分布较广，探测范围较广且定位精度较高，同时不会产生误差累积，因此具有长时间的稳定性。

但是，长基线定位系统不利于深远海水下远程目标的定位工作，主要原因包括：(1)采用询问/应答的模式，需要测量水下平台上问答机与应答器之间的双程旅行时间，大大制约了信号的传输效率；(2)用于定位的询问和应答信号通常为频率较高的CW波或调制波(一般在10kHz以上，调制波也有低于10kHz的频率成分)，在海水中传播存在较严重的吸收衰减问题，不利于远距离传播。以上两种因素共同限制了现有长基线系统的作用距离。

发明内容

本发明提出一种基于高功率低频宽带脉冲声源的水下远程定位技术，以电火花等可控爆炸声源或者电磁脉冲声源组成定位基线，利用此类声源源级高(≥210dB)而信噪比高、主频低(≤1kHz)而传播距离远、脉冲窄(≤1ms)而声线跟踪精确等优势，突破常规长基线定位距离限制，实现水下远程(≥100km)定位。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于高功率低频宽带脉冲声源的水下远程定位技术，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：对海底声源信标系统和水下平台接收处理系统进行时间同步；

步骤2：在海底布放若干海底声源信标系统，并对各个海底声源信标系统进行精确定位；海底声源信标系统发射声脉冲作为信源信号；

步骤3：水下平台接收处理系统在作业过程中持续地采集信源信号，对采集的信源信号进行匹配处理和时频分析，水下平台接收处理系统的处理单元按照设定的门限值检测信号并根据主频特征判别信源信号所对应的海底声源信标系统，结合水下平台接收处理系统的时间、主频特征、信号幅值或能量计算各个信源信号的传播时间。

步骤4：在检测到多个信源信号后，解算水下平台的位置。

进一步地，步骤2中，所述海底声源信标系统利用高功率/低频/宽带/脉冲声源作为海底信标。

进一步地，步骤2中，海底声源信标系统包括声源发射器，声源发射器发射声脉冲作为信源信号。

进一步地，步骤2中，所述声源发射器发射低频/宽带/窄脉冲声波作为信源信号。

进一步地，步骤2中，海底声源信标系统的定位可通过在海面若干个已知位置点接收信源信号，并利用球面定位方程组来解算海底信标的位置信息。

进一步地，步骤2中，声源发射器发射的声源为以电火花等可控爆炸声源或者电磁脉冲声源。利用此类声源源级高(≥210dB)而信噪比高、主频低(≤1kHz)而传播距离远、脉冲窄(≤1ms)而声线跟踪精确等优势，突破常规长基线定位距离限制，实现水下远程(≥100km)定位。

进一步地，步骤2中，海底声源信标系统是按照设定的时间规则发射声脉冲作为信源信号。