[发明专利]一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位系统及定位方法

说明书

本发明的一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位系统及定位方法涉及水声定位系统及定位方法，目的是为了克服现有水声定位系统中水声链路可靠性低，容易导致量测数据丢失，以及机动性差的问题，系统包括惯导系统、应答器和超短基线系统；惯导系统固定在水下移动平台上，用于根据水下移动平台的运动状态，输出惯性信息和实时速度信息至超短基线系统；应答器，用于与超短基线系统通信；超短基线系统包括信号处理单元和超短基线基阵，且信号处理单元通过超短基线基阵接收应答器发射的应答信号。

技术领域

本发明涉及水声定位系统及定位方法。

背景技术

近年来，水声技术在资源勘探、科学考察、水下声通信、海底监测网、远洋作战等方面都起到了重要的作用。水声定位是水声技术的重要研究分支，随着其在水下目标跟踪、海洋资源开发、水下运动载体的定位导航等军事及民用领域应用范围越来越广泛。

受制于海洋环境和水下移动作战平台的工况，声波在水中的传播会受到高噪声、复杂多途扩展以及多普勒频移等影响，链路联通条件差，无间断的可靠联通难以保障。同时为了保障水下作战平台的隐蔽性，海底应答器需处于小声源级发射状态，使得超短基线对环境噪声的抑制能力尤为重要。

现有方式通过多阵元全空间预成波束获得空间指向性增益，同时设计高分辨长脉冲编码信号来获取时间增益实现噪声抑制。但覆盖全空间预成多波束计算大，对硬件系统要求较高，不适用对体积、重量、功耗以及集成度要求较高的水下快速移动平台，机动性差。

并且在低信噪比背景下，水声定位系统中水声链路可靠性低，容易导致量测数据丢失。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有水声定位系统中水声链路可靠性低，容易导致量测数据丢失，以及机动性差的问题，提供了一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位系统及方法。

本发明的一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位系统，包括惯导系统、应答器和超短基线系统；

惯导系统固定在水下移动平台上，用于根据水下移动平台的运动状态，输出惯性信息和实时速度信息至超短基线系统；

应答器，用于与超短基线系统通信；

超短基线系统包括信号处理单元和超短基线基阵，且信号处理单元通过超短基线基阵接收应答器发射的应答信号；

信号处理单元包括信息预测模块、波束形成模块、信号重构模块和定位解算模块；

信息预测模块，与惯导系统连接，用于根据惯性信息对应答信号的波达方向和信道冲激响应函数进行预测，以及根据实时速度信息对应答信号的多普勒频偏及相位变化进行预测；确定通过超短基线在正常声联通条件下，每次定位都利用定位信号进行信道估计，建立信道冲击响应函数变化(相关系数)与水下移动平台的位置、速度、航向的关系函数；在声链路间断的条件下，由前续声信道冲激响应函数、前续超短基线的位置、速度、航向以及当前惯导信息通过该关系函数对当前声信道进行预测；

波束形成模块，与信息预测模块连接，用于根据预测的波达方向，对超短基线基阵进行多阵元波束形成，并利用多阵元波束形成后的超短基线基阵接收应答信号；

信号重构模块，同时与信息预测模块连接，用于根据预测的多普勒频偏及相位变化调整参考信号的参数，并将调整参数后的参考信号与预测的信道冲激响应函数卷积得到重构的参考信号；

定位解算模块，同时与波束形成模块和信号重构模块连接，用于通过应答信号和重构的参考信号计算应答信号的传播时延值，并根据应答信号的传播时延值，采用空间分集测量的方法实现定位。

本发明的一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位方法，基于上述的系统，方法具体步骤如下：