专利名称：超短基线垂直运动目标测量方法
技术领域：
本发明涉及的是一种水下声纳装置。
背景技术：
水下目标运动轨迹是分析研究目标控制性能的重要参考信息。但由于目标运动速度比较高，运动时间短，若要获得高精度的轨迹信息，就必须克服高速引入的多普勒影响， 多目标之间的相互干扰，以及获取高刷新率的定位数据。这样对测量系统要求也大大增加。 常规的超短基线定位系统难以克服高速运动带来的影响。研制一种针对高速目标高精度定位的测量系统成为迫切的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供具有高精度的定位性能、具备高速运动目标定位能力的超短基线垂直运动目标测量方法。本发明的目的是这样实现的本发明超短基线垂直运动目标测量方法，其特征是(1)采用同步信标的工作模式，系统与声信标采用同步钟对准，系统采集信号数据、并通过带通滤波器进行滤波处理，系统利用宽带信号进行拷贝相关、包络提取、搜索大于门限的定位信号；(2)当检测到定位信号后，提取脉冲对信息，进行多普勒估计与补偿；(3)经过多普勒估计与补偿后的接收信号与参考信号进行拷贝相关，搜索相关峰最大值，采用三点内插的方法计算各路信号的时延信息；(4)系统根据修正后的时延信息解算目标的基阵坐标，根据存储的GPS和姿态仪数据，解算出目标的大地坐标，得到最终的目标运动轨迹数据，将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度，得出目标运动下滑角。本发明的优势在于本发明具有高精度的定位性能，准确地测出水下运动目标的轨迹；具备高速运动目标的定位能力；解决了定位脉冲发射频率高带来的距离模糊问题， 保证了高数据刷新率；实现了多目标的分辨；获取了目标运动速度与下滑角信息。
图1为本发明的工作流程框图；图2为本发明接收信号与对应的参考信号拷贝相关图；图3为本发明接收信号与非对应的参考信号拷贝相关图；图4为本发明解距离模糊示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
结合图1 4，超短基线垂直运动目标测量系统采用同步信标的工作模式，系统与声信标采用同步钟对准。系统工作后如图1所示，系统采集信号数据，并通过带通滤波器进行滤波处理。系统利用宽带信号进行拷贝相关，包络提取，搜索大于门限的定位信号。当检测到定位信号后，提取相应位置处的脉冲对信息，进行多普勒估计与补偿，克服了目标高速运动带来的影响。补偿后的接收信号与参考信号进行相关运算，搜索相关峰最大值，采用三点内插的方法计算各路信号的时延信息，使得系统获得高精度的时延估计，保证了系统的测量精度。为了获得更加详细的目标运动轨迹信息，需要高数据刷新率。但由于声速的限制，当定位脉冲的发射频率比较高时会出现距离模糊的现象。假定定位脉冲的发射频率为 10Hz，声速按1500m/s计算，不会出现距离模糊的最大作用距离是150m。为了达到更高的作用距离，提出了定位脉冲与标志脉冲组合的定位方法。该方法利用宽带信号进行定位，宽带信号之后跟随发射一个单频的CW脉冲，系统通过对CW脉冲的频率鉴定，来解决距离模糊问题。若定位脉冲的发射频率依旧为10Hz，设计的系统作用距离为200m，则此时只需要两个标志CW脉冲即可，设为Π和f2。设定系统的同步周期为200ms。定位脉冲的发射和系统处理周期也为200ms。信标在同步信号到达时，发射定位脉冲和Π标志脉冲，IOOms时发射定位脉冲和f2标志脉冲，如图2所示。检测过程中，如果检测到的定位脉冲在IOOms内，判断其标志信号，若为fl，则目标应该在150m的范围内。此时在100-200ms的时间段内检测到f2标志信号。当在O-IOOms 的范围内检测到的定位信号为f2时，说明是目标距离超过150m，同样相应的f 1脉冲会出现在100-200ms时间段内。这样根据不同的状况，对测得时延进行修正补偿即可得到目标正确的距离信息。系统采用正交编码信号作为多目标信号的参考信号，接收信号与各个参考信号做相关运算。图3给出了接收信号与对应的参考信号相关运算得到的相关结果，具有良好的相关波形。图4为接收信号与非对应的参考信号相关运算得到的相关结果，没有明显的相关峰。系统根据修正后的时延信息解算目标的基阵坐标。最终根据存储的GPS和姿态仪数据，解算出目标的大地坐标，得到最终的目标运动轨迹数据，将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度，求出目标运动下滑角。系统定位信号采用宽带信号体制，利用拷贝相关进行信号检测，具备高精度的定位能力。采用多普勒估计与补偿技术，有效地解决了目标高速运动带来的多普勒效应。同时，系统引入标志信号与定位脉冲相组合的方法，有效地解决了距离模糊问题，定位数据的刷新率得到了提高。根据波形设计理论，定位信号使用正交编码的方式，实现了多目标的分辨。将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度，获取目标运动下滑角。系统具备高精度的定位性能。系统定位信号采用宽带信号体制，利用拷贝相关检测方法。使系统能够准确的目标的运动轨迹。系统具备高速目标的定位能力。系统采用脉冲对特性对信号进行多普勒估计与补偿，克服了目标高速运动带来的多普勒影响，使得系统实现了对高速运动目标的定位。系统定位数据实现了高刷新率。系统利用定位脉冲后辅助的标志信号，有效地解决目标的距离模糊问题，使得系统的数据刷新率得到了提高。系统具备多目标分辨能力。该系统采用正交编码信号体制，有效地克服了不同目标信号间的相互干扰。获取目标运动速度和下滑角信息。将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度，获取目标运动下滑角。为实现本发明的目的，采用宽带定位信号做拷贝相关。接收信号与参考信号做拷贝相关，提取信号包络，搜索信号的峰值位置，找到能量大于检测门限的相关峰。为实现本发明的目的，需要实现对接收信号的多普勒估计与补偿。采用的方法是， 当检测到定位脉冲后，截取出脉冲对信号，根据脉冲对信息获取信号的多普勒情况，并进行相应的补偿。为了实现本发明的目的，采用定位脉冲与标志信号相组合的方法，定位脉冲与不同的标志信号相组合，系统根据标志信号判决目标信号的距离信息，解决了距离模糊问题， 从而提高了系统的数据刷新率。为实现本发明的目的，根据波形设计理论，选取了正交编码作为定位脉冲。由于正交编码信号的正交特性，不同目标信号之间的相互干扰得到有效地抑制，使得系统能够分辨出多目标。为实现本发明的目的，根据波形设计理论，将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度，获取目标运动下滑角。
权利要求
1.超短基线垂直运动目标测量方法，其特征是(1)采用同步信标的工作模式，系统与声信标采用同步钟对准，系统采集信号数据、并通过带通滤波器进行滤波处理，系统利用宽带信号进行拷贝相关、包络提取、搜索大于门限的定位信号；(2)当检测到定位信号后，提取脉冲对信息，进行多普勒估计与补偿；(3)经过多普勒估计与补偿后的接收信号与参考信号进行拷贝相关，搜索相关峰最大值，采用三点内插的方法计算各路信号的时延信息；(4)系统根据修正后的时延信息解算目标的基阵坐标，根据存储的GPS和姿态仪数据， 解算出目标的大地坐标，得到最终的目标运动轨迹数据，将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度，得出目标运动下滑角。
全文摘要
本发明的目的在于提供超短基线垂直运动目标测量方法，包括以下步骤系统与声信标采用同步钟对准，采集信号数据、并通过带通滤波器进行滤波处理，系统利用宽带信号进行拷贝相关、包络提取、搜索大于门限的定位信号；当检测到定位信号后，提取脉冲对信息，进行多普勒估计与补偿；经过多普勒估计与补偿后的接收信号与参考信号进行拷贝相关，搜索相关峰最大值，计算各路信号的时延信息；解算目标的基阵坐标，根据存储的GPS和姿态仪数据，解算出目标的大地坐标，得到最终的目标运动轨迹数据，将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度，得出目标运动下滑角。本发明具有高精度的定位性能，具备高速运动目标的定位能力。
文档编号G01S15/58GK102353958SQ20111015560
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者勇俊, 卢逢春, 孙大军, 张殿伦, 李想, 郑翠娥 申请人:哈尔滨工程大学