[发明专利]基于蝙蝠双耳定位模型的水下目标方位估计方法

摘要

本发明提供了一种基于蝙蝠双耳定位模型的水下目标方位估计方法，根据发射信号的频段，计算出适用于处理双曲调频信号的双耳定位模型参数，并结合回波信号中干涉峰谷值点的理论位置来确定外耳谷值频率区间和水声换能器的频率响应，最后根据模型所估计出的外耳谷值频率来计算目标的方位。本发明提升了双耳定位模型的方位分辨力，使得主动声呐能够在双阵元的情况下达到良好的方位分辨力，且性能远远优于常规波束形成法。

主权项

1.一种基于蝙蝠双耳定位模型的水下目标方位估计方法，其特征在于包括下述步骤：1)根据声呐系统所要求的发射信号频段，计算发射信号的双曲调频参数K＝Tfmaxfmin/B，T为发射信号持续时间，fmax、fmin为发射信号的频率最大值和最小值，B为发射信号带宽；2)根据处理频段设置改进的双耳定位模型的通道数目，平均每1KHz设置一个通道，并将通道中心频率设置为双曲变化；根据各通道中心频率f_i(t)计算各通道间的中心时间差δp＝1/f_i+1(t)‑1/f_i(t)，f_i+1为相邻通道的中心频率；结合δp求解提升外耳谷值频率区间频率分辨力的频率要求，式中p_i为各通道的中心时间；根据频段内干涉峰值点理论位置和谷值点理论位置结合频率要求确定外耳谷值频率区间的频率最大值，保证每个回波时延差至少对应外耳谷值频率区间外的一个峰值点或者谷值点；式中，m、n为正整数，Δτ为回波间的时延差；根据方位估计范围和外耳传输函数计算外耳谷值频率区间的频率跨度，并结合频率最大值计算外耳谷值频率区间；EEDNF_L、EEDNF_R分别为左耳、右耳的外耳谷值频率，A为方位角，E为俯仰角，F为频率常数，等于外耳谷值频率区间的中心频率；设置改进的双耳定位模型的带通滤波器组的阶数、低通滤波器组阶数及截止频率，使得带通滤波器输出波形平滑、无极值点；带通滤波器组阶数不超过8阶，低通滤波器组阶数不超过2阶，低通滤波器组截止频率不超过3KHz；设置滤波器组中各带通滤波器的中心时间带宽为各通道中心时间差δp的4到5倍；3)仿真确定滤波器组积分时间变化范围，取各通道积分时间的平均值作为积分时间；4)计算改进的双耳定位模型在通道融合时使用的参数PSR＝δp×K，通道间的融合初始模式通道间的融合偏移模式式中，p_n为各通道的中心时间，PD为相邻通道间的中心时间，B_on、B_off分别为各通道的初始模式和偏移模式；5)根据双曲调频信号参数设置全通基向量Wall(pn,d)及选通基向量Wsel(pn,d)，式中A(pn)为通道选择函数，N为通道数目；6)利用改进的双耳定位模型处理回波信号，获得左右耳估计出的目标回波的外耳谷值频率，并计算出目标方位角的估计值A＝EEDNF_L‑EEDNF_R和俯仰角的估计值