[发明专利]一种矢量水听器布放深度估计方法

权利要求书

1.一种矢量水听器布放深度估计方法，将水面船只作为声源，并将矢量水听器潜标系统布放于深海大深度，所述方法包括：

接收声源辐射的宽带声压和三分量质点振速的时域信号，处理时域信号获得x、y和z三个方向的声能流；

利用x方向和y方向的声能流估计声源方位角并合成水平声能流；由z方向的声能流和水平声能流的比值估计出声源到达角；

根据声源到达角估计值，结合声速剖面计算该到达角下不同矢量水听器深度对应的直达波与海底反射波的时延模板值；

具体地，根据声源到达角估计值结合声速剖面c(z)计算该到达角下不同水听器深度对应的直达波与海底反射波的时延模板值τ_mod(z_r)：

其中，Δz为深度间隔，矢量水听器布放深度z_r范围设定为H-1000至H，H为海底深度，n＝[(H-z_r)/Δz]，[]为取整运算；

获得直达波与海底反射波的到达时延估计值；

计算直达波与海底反射波的到达时延估计值与时延模板值的差值，将差值最小的时延模板值对应的深度作为矢量水听器布放深度估计值。

2.根据权利要求1所述的矢量水听器布放深度估计方法，其特征在于，所述接收声源辐射的宽带声压和三分量质点振速的时域信号，处理时域信号获得x、y和z三个方向的声能流，具体包括：

采集声源发出的声压时域信号p(t)和三分量质点振速时域信号v_x(t)、v_y(t)和v_z(t)，其中，t为时间，x、y和z为单矢量水听器内部定义的互相垂直的三个方向，z方向垂直于海平面；信号单次采集长度为1s-10s，信号的采样率为f_s，取值范围100Hz-10kHz；

利用快速傅里叶变换对声压时域信号号p(t)和三分量质点振速时域信号v_x(t)、v_y(t)和v_z(t)进行处理，得到频点f_i处的声压信号频谱P(f_i)、x方向质点振速信号频谱V_x(f_i)、y方向质点振速信号频谱V_y(f_i)和z方向质点振速信号频谱V_z(f_i)，i＝1,2,…L，f₁和f_L为选用频率范围的上下界；L为频点的个数；

计算x、y和z方向上的声能流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。

3.根据权利要求2所述的矢量水听器布放深度估计方法，其特征在于，利用x方向和y方向的声能流估计声源方位角并合成水平声能流；由z方向的声能流和水平声能流的比值估计出声源到达角；具体包括：

由x方向和y方向的声能流，计算声源方位角

由x方向、y方向的声能流及声源方位角，合成水平声能流I_r：

由水平声能流I_r和z方向声能流，计算声源到达角

其中，水面声源到达角取值范围为0-90度。

4.根据权利要求1所述的矢量水听器布放深度估计方法，其特征在于，所述获得直达波与海底反射波的到达时延估计值，具体为：

计算频点f_i处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；到达时延谱Q₁(τ_j)的第二峰值对应的时延为直达波与海底反射波的到达时延估计值该时延值与水听器布放深度有关；P(f_i)为频点f_i处的声压信号频谱；L为频点的个数。