[发明专利]一种基于冰声衰减特征的跨冰定位冰下声源方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于冰声衰减特征的跨冰定位冰下声源方法，包括以下步骤：在冰层布放加速度计，通过加速度计采集冰下声源发出的跨冰声信号；对跨冰信号进行滤波降噪；对滤波后的跨冰声信号求解RSSI值；根据极地环境参数求解冰声耦合声场；对冰层弹性固体的Navier即纳维方程和海水流体介质的Helmholtz即亥姆霍兹方程进行求解，以获得跨冰声传播声场；根据宽带声场能量变化求解冰声衰减系数α；解算冰下声源坐标。本发明开创性的提出的通过冰上加速度计采集冰下合作或非合作声学目标信号的三种跨冰定位方法，能有效的跨冰定位冰下声源位置，实现了跨冰定位这一开创性的应用。

技术领域

本发明涉及的是一种定位方法，具体地说是极地冰区水声定位方法。

背景技术

跨冰定位是极地水声学研究的未来前沿应用方向。随着北极开发与利用越来越成为现实，探索北极具有重要意义。水声定位普遍使用水听器阵列或矢量水听器阵列等声呐设备作为水下声压接收装置。虽然北极科考多在夏季，但极地海域仍会有大面积冰层覆盖，导致诸如冰下目标定位活动无法继续开展。而常年被数米厚的冰层覆盖的北极海域，冰下环境复杂，布放条件困难。

这是由于极地特有的覆冰环境导致的，因此需要一种能够布放简单，实施便捷，经济高效的跨冰定位设备。除了设备布放的问题，还有水声定位方法存在极地环境适应性问题。

水声定位方法包括长基线定位、短基线定位和超短基线定位等。长基线定位基线长，定位精度高，布放在海底，每个基元都需要具备声发射功能，以与目标进行应答。短基线定位基线较短，定位精度次之，布放在船体，需要1-3个基元具备应答功能。超短基线最短，布放在船体，几个基元布放在一个总的水声换能器中。以上方法均需要基元具备冰层声发射和声同步功能，目前用于冰层的水声设备无法完全满足此类功能。由于极地冰层弹性固体的存在，使得弹性声波的传播特性不同于水声传播。

跨冰定位冰下声源作为极地应用的前沿技术之一，研究跨冰定位技术具有重大意义，然而自今仍未有兼具实用性和适应性的技术手段。

在最新同类技术发明专利中，《一种基于弯曲波的冰上震源定位方法》和《一种针对极地冰层的震源定位方法》提出了针对冰上或冰层声源的定位方法。在《一种跨冰层介质通信方法》、《一种跨冰层数据无线传输方法》以及《一种跨冰层介质的水深测量方法》涉及了部分跨冰层的水声通信及测冰层厚度的方法，但是如何对冰下的声源进行定位，特别是在具有数米厚冰层覆盖的极地海域实现跨域定位冰下声源，是更具有现实性的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于极地冰声传播声场的特征参数实现跨冰定位冰下声源的一种基于冰声衰减特征的跨冰定位冰下声源方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于冰声衰减特征的跨冰定位冰下声源方法，其特征是：

(1)在冰层布放加速度计，通过加速度计采集冰下声源发出的跨冰声信号；

(2)对跨冰信号进行滤波降噪；

(3)对滤波后的跨冰声信号求解RSSI值；

(4)根据极地环境参数求解冰声耦合声场；对冰层弹性固体的Navier即纳维方程和海水流体介质的Helmholtz即亥姆霍兹方程进行求解，以获得跨冰声传播声场；

(5)根据宽带声场能量变化求解冰声衰减系数α：求解宽带声场的趋势线αR+m，该趋势线的斜率α即为估计的冰声衰减系数；

(6)解算冰下声源坐标。

本发明还可以包括：

1、步骤(6)中的解算冰下声源坐标具体包括：

a、在已知引导信号情况下，通过