[发明专利]一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法

权利要求书

1.一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取冰层下方声源的深度z_s，将两个同步加速度计布放在冰层上，采集冰层下方声源发出的跨冰声信号；

步骤2：计算跨冰声信号强度RSSI值；

RSSI≡10lgI_R

其中，I_R为两个同步加速度计接收到的信号的声强；

步骤3：获取接收信号的频谱G(R,z)与相位差

步骤4：基于最小二乘法求解G(R,z)的趋势线，将趋势线的斜率α作为冰声衰减系数；

步骤5：计算声源相对于两个加速度计中心点的距离R；

若已知声源的声强I₀，则R＝(10lgI₀-RSSI)/α；

若已知引导信号，则R＝(RSSI^ref-RSSI)/α+R^ref；RSSI^ref为两个同步加速度计接收到的引导信号的强度；R^ref为引导信号的距离；

步骤6：计算耦合相速度c(R)；

其中，ω为接收信号的角频率；为声源发射信号的初相位常数；

步骤7：计算声源相对于两加速度计中心点的方位角θ；

其中，d为两加速度计之间的距离；

步骤8：解算声源的平面坐标(X,Y)，结合已知的声源深度z_s，完成对于冰层下方声源的定位；

X＝Rcosθ

Y＝Rsinθ。

2.根据权利要求1所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤3中接收信号的频谱G(R,z)具体为：

其中，z表示深度；S_t表示声源发射幅度；K为海水的体积模量；a_1n(z)和a_2n(z)分别为冰水耦合声场的第n阶切向位移和法向位移的简正波模态幅度；a_2n,z(z)表示对a_2n(z)计算关于z的导数；k_n为第n阶模态的水平波数。

3.根据权利要求2所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤3中接收信号的频谱G(R,z)的获取方法为：对冰层弹性固体的Navier方程和海水流体介质的Helmholtz方程进行求解，获得跨冰声传播声场；假设声源发出的声波为简谐信号，据冰声简正波传播理论，得到如步骤3所示的接收信号的频谱G(R,z)表达式。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤1中在冰层上布放的两个同步加速度计之间的间隔需要小于接收信号的半个波长。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤2中若已知引导信号，I_R由两个同步加速度计采集的电压信号方差计算。

6.根据权利要求4所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤2中若已知引导信号，I_R由两个同步加速度计采集的电压信号方差计算。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤3中接收信号的相位差采用希尔伯特变换获得。

8.根据权利要求4所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤3中接收信号的相位差采用希尔伯特变换获得。

9.根据权利要求5所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤3中接收信号的相位差采用希尔伯特变换获得。

10.根据权利要求6所述的一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，其特征在于：所述步骤3中接收信号的相位差采用希尔伯特变换获得。