[发明专利]一种利用水下声源发射声信号反演水下声音探测器位置的方法

说明书

本发明公开了一种利用水下声源发射声信号反演水下声音探测器位置的方法，包括水下换能器发射声音信号，探测器接收声音信号，声信号处理，探测器位置反演计算等过程。本发明通过反演的方法，可以准确确定水下探测器的位置。本发明公开的方法操作简单、计算方便、定位效果好，可以广泛应用于探测器的水下定位工作中。

技术领域

本发明涉及水下定位技术领域，具体涉及一种利用水下声源发射声信号反演水下声音探测器位置的方法。

背景技术

声波是迄今为止人类所掌握的唯一能在水介质中远距离传递信息和能量的载体。水下声音探测器是利用在海洋中传播的声波来探测目标并对目标进行定位、识别、跟踪和通信的设备，可用于海底油气勘察、海底管道实时监测、海底观测、海洋船只监测等。

水下声音探测器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器，它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声音信号。

水下声音探测器采用光缆连接，在水下以阵列形式布置。探测器阵列铺设施工使用铺缆船完成。在铺设过程中，由于海洋风浪流环境的多变以及施工船舶定位能力的欠缺，探测器阵列的铺设精度往往难以满足设计要求，而探测器声音信号的处理又需要精确知道探测器的坐标位置和相互位置。

因此探测器的水下位置反演确定方法亟待研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供了一种利用水下声源发射声信号反演水下声音探测器位置的方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用水下声源发射声信号反演水下声音探测器位置的方法，包括如下步骤：

S1.在施工船铺设完探测阵列后，得到探测器阵列的大致布设范围，并将探测器所在位置区域划分为1m×1m的网格，并对各网格进行编号；

S2.在探测器阵列范围周边选取N个位置，布放水下换能器，发射脉冲信号；探测器阵列中的探测器在信号发射前开始记录声音信号、信号发射后记录声音信号；发射完成后得到探测器阵列记录的N个位置发射脉冲信号的声音信号数据，同一个位置的水下换能器发射M次信号，为M组数据；因此，一共得到M₁+M₂+M₃+…+M_N组数据；同时记录水下换能器发射脉冲声音信号位置的具体坐标；

S3.在探测器阵列记录的每组信号数据中提取出脉冲信号，并得到每一个探测器接收到脉冲信号起始时刻的时间戳；同一组信号数据中,总共得到X个时间戳，其中X代表探测器阵列中探测器的数量；

S4.同一组信号数据中，第i号探测器接收到的脉冲信号起始时间戳为T_I,第j号探测器接收到脉冲信号起始时刻的时间戳为T_j，计算得到第k个脉冲信号发射位置P_k到第i号探测器和到第j号探测器的距离差D_ij-k＝(T_I-T_j)˙V,其中V为水下声速；

S5.假设i号探测器和j号探测器分别在第u个和第v个网格上，计算得到第i号探测器和第j号探测器到第k个脉冲信号发射位置的距离差d_ij-k；

S6将d_ij-k与信号分析得到的距离差D_ij-k比较，得到两者之差：

Δd_ij-k＝D_ij-k-d_ij-k，k＝1,2,3…N；

由于有N个水下换能器，即N个脉冲信号发射位置，因此有N个Δd_ij,取它们的绝对值之和ΔD，记为位置差；