[发明专利]一种基于冰面水平阵列的匹配场跨冰定位方法

权利要求书

1.一种基于冰面水平阵列的匹配场跨冰定位方法，其特征是：

(1)在冰面布放加速度计阵列，通过加速度计阵列采集冰下声源发出的跨冰声信号；

(2)基于傅里叶变换提取跨冰声信号频谱向量；

(3)建立声源搜索距离r_i和深度d_i搜索网格序列；

(4)依据声源搜索距离r_i和方位角θ计算每个水平阵元与声源的实际距离序列

式中x_n和y_n分别为第n个水平阵元的x轴坐标和y轴坐标；

(5)获取冰水环境冰声物理参数；

(6)基于冰水耦合模型求解每个水平阵元接收的跨冰声传播声场：假设冰下声源发出的声波为简谐信号，海冰-海水耦合环境会改变声源信号的幅度和相位，改变程度取决于声源位置以及海冰-海水耦合环境参数，根据冰声简正波传播理论，接收信号的频域表达式为

式中G表示接收信号的频谱，z为加速度计的深度，z_s为声源深度，r为声源相对于加速度计的距离，表示声源频谱，k_n为第n阶模态的水平波数，/为冰水耦合声场的第n阶简正波模态幅度；采用通过联合求解海冰中声传播的纳维方程和海水中声传播的亥姆霍兹方程获得冰水耦合声场的水平波数k_n和简正波模态/使得并不适合冰层覆盖海域进行水声定位的常规匹配场处理得到了极地环境适应性改进；

(7)提取不同期望位置的理论频谱向量：将步骤(3)和(4)所得的搜索网格、以及步骤(5)的冰水环境物理参数带入步骤(6)求解每个阵元接收的跨冰声传播声场，采用冰水耦合简正波模型获得不同位置a＝(z_s,r)跨冰声信号的理论频谱向量并归一化为

式中，对于同步阵列，G(a)表示为频谱，包括频谱的幅度和相位，对于非同步阵列，G(a)表示为频谱的幅度；

(8)基于匹配场处理获得定位模糊曲面，常规匹配场处理(MFP)表示为S(a)＝|w^H(a)d(a_true)|²

式中S(a)表示位置匹配模糊函数，当拷贝场向量与真实场向量d(a_true)一致时，模糊函数为最大值，拷贝场向量对应的位置a即为估计的声源位置，该式被表述为

S(a)＝w^H(a)K(a_true)w(a)

式中K(a_true)＝d(a_true)d^H(a_true)，为真实场向量的协方差矩阵；

(9)根据步骤(8)结果，输出最大模糊值对应的期望声源位置：

2.根据权利要求1所述的一种基于冰面水平阵列的匹配场跨冰定位方法，其特征是：步骤(5)中获取的冰水环境冰声物理参数包括：总深度、冰层纵波声速、横波声速、冰层密度、纵波衰减系数、横波衰减系数、海水声速、海水密度、沉积层纵波声速、沉积层密度、纵波衰减系数。