[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

说明书

本发明属于水声定位技术领域，具体涉及一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法。本发明包括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；计算跨冰声信号强度RSSI值；获取接收信号的频谱G(R,z)与相位差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；计算声源相对于两个加速度计中心点的距离R；计算耦合相速度c(R)；计算声源相对于两加速度计中心点的方位角θ；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；本发明相比于在冰下布放水听器具有操作简单、基元坐标精确可控的优势，采用求解RSSI值计算声源距离，避免了现有极地冰层设备的声发射和同步问题。

技术领域

本发明属于水声定位技术领域，具体涉及一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法。

背景技术

跨冰定位作为北极未来应用的前沿方向，随着北极开发与利用越来越成为现实，探索北极并开发具有实用性新颖性的跨冰定位方法具有重大意义。

声波作为水下可远距离传输的唯一媒介，可进行远距离的通信、定位和导航，使得声学方法及声学设备成为最佳方式。一般的声学定位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采集声信号。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，导致活动无法继续开展。

常年被数米厚冰层覆盖的北极，冰下环境复杂，布放条件困难。因此需要一种能够布放简单，实施便捷，经济高效，具有开创性的跨冰定位方法。常规的水声学定位方法包括长基线、短基线和超短基线定位。

长基线定位方法具有基线长，分辨能力强，定位精度高的特点，待测目标与每个基元通信，获得声传播时间差，继而利用距离球面交汇法实现定位。因此每个基线单元需要具备应答功能，但是应答器只在水下环境实现声学应答功能，对于北极数米厚的冰层，目前设备无法在冰层中进行同步应答。

短基线定位方法和长基线相比，基线短，往往固定在船舶等航行器上，易受船舶噪声干扰，但是仅需要一个基元发出声波，其他基元同步接收待测目标的应答。在极地冰层覆盖环境，基元应答功能仍然受冰层制约。

超短基线的基线最短，利用基元间的相位差实现定位，和长基线、短基线定位方法相比，不需要基元具有发射声波功能，因此可以利用加速度计或者冰层检波器构建超短基线。由于水下声波跨越冰层，基元间的相位差不同于无冰环境，需要通过冰水耦合模型进行求解。

水下声源激发声波打到冰层，通过冰层传播到达冰上，由加速度计接收跨冰信号，相比于在冰下布放具有较大的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法。

一种基于双加速度计耦合相速特征的跨冰定位方法，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；