专利名称：一种基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法
技术领域：
本发明涉及针对水声信号处理技术领域的水下目标定位方法，具体来说，涉及一种基于互相关的水声脉冲信号双阵兀定位的方法。
背景技术：
水声定位技术在水声技术中扮演着极其重要的角色，是水声技术中的一个重要且基本的问题，同时也是国民经济建设和国防建设的关键技术。在水声定位技术中，被动定位技术一直是水声技术中的重要研究方向。现阶段对于水下被动定位技术目前多围绕舰船辐射噪声而展开工作，很少有针对各种水声脉冲信号在发射信号未知方式下的被动定位。对于水声脉冲信号而言，其信号形式不同于舰船辐射的噪声，它是由人工所产生的，有比较规则的信号形式，同时在时间上具有不连续性、瞬时性，在带宽上具有窄带特性，不能通过长时间的积分来获得时间增益，这就造成了对于水声脉冲信号的被动定位需要寻求与传统的舰船辐射噪声所不同的方式和手段。考虑到水声环境的复杂性，为了能够更准确地对水下目标实施定位，需要从声传播的角度出发，借助匹配场定位技术来确定目标声源的位置。传统意义上的匹配场定位技术，一般多采用阵列的处理方式，具有大的孔径，以获得良好的阵增益和分辨性能。但是采用多阵元的大阵列，一方面增加了系统的开销，给基阵的设计带来不便；另一方面，在实际海水中布放时会受到诸如阵倾斜以及阵元失效等问题，增加了对水下目标定位的难度。因此，研究采用较少的阵元个数来对水下目标进行定位一直被研究人员所关注，相应的也取得了一些突破和进展。使用较少的阵元个数进行目标位置估计的一个难点在于空间信息的缺乏。多数研究人员借助宽带信号的多频点特性，从假设发射信号为已知的情形出发，采用“频点换孔径”的思想来对目标信号实施定位。但在被动定位技术中，由于所获得的发射信号的先验信息有限，往往需要在发射信号未知的情形下进行。由于信号的波形、频率等信息未知，从而进一步增加了定位的难度。另外，传统匹配场处理技术当阵元个数变少时，其定位结果输出的模糊表面旁瓣较高，无法对目标进行精确定位，也成为了困扰此项技术的一个瓶颈。因此，在对发射信号未知的水声脉冲信号进行定位之前，首先需要获得接收信号的相关参数。对于发射信号未知的水声脉冲信号而言，准确获知目标信号的频率至关重要，这也是后续定位工作的前提。由于目标信号的频率未知，若直接采用傅里叶变换的方法在全频率段内进行频率搜索，则计算量较大，且受工作频段的限制，存在频点遗漏的情形，会造成频率估计的偏差较大。另外的一些参数估计技术，如短时傅里叶变换、魏格纳-威利分布等，从时频二维域角度出发，因考虑了水声脉冲信号短时瞬态的非平稳特性，往往具有不错的估计效果。但是这些传统的时频分析方法都是基于固定核函数的时频分析方法，只适应于某种特定的信号，存在时频分辨力低和交叉项干扰等问题，尤其是在低信噪比条件下，会直接影响到参数估计的效果。针对传统时频分析方法的不足，已有学者提出了一些相关的方法，如采用对核函数进行优化设计的时频分析方法，其核函数的形状能够根据所分析的信号自适应的变化，可提高对于非平稳信号参数估计的性能。但是针对发射信号未知情形下的匹配场定位问题却为数不多。虽然目前已有对此问题的研究报道，但是仍对信号的频率参数做出了已知的假设，在具体求解时，仍需要获知前向声场计算所需的频率。
发明内容
技术 问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，该方法能够实现利用两个垂直接收水听器对发射信号未知的水声脉冲信号的精确定位。技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，该方法包括以下步骤:步骤10)双阵元水听器接收水声脉冲信号，然后对该水声脉冲信号的频率进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布估计，包括如下的步骤:步骤101)对双阵元水听器接收到的水声脉冲信号，根据式(I)确定相应的二维频偏-时滞域上的模糊函数Ad (m, n)；
权利要求
1.一种基于互相关的水声脉冲信号双阵兀定位的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 步骤10)双阵元水听器接收水声脉冲信号，然后对该水声脉冲信号的频率进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布估计，包括如下的步骤: 步骤101)对双阵元水听器接收到的水声脉冲信号，根据式(I)确定相应的二维频偏一时滞域上的模糊函数Ad (m, n)；
2.按照权利要求1所述的基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，其特征在于，所述的步骤104)包括以下步骤: 步骤1041)设置常量参数及初值:收敛因子e、最大迭代次数\、初始步长U (O)、初始扩展向量 O (0)、步长控制因子 A、常数
3.按照权利要求1所述的基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，其特征在于，所述的步骤203)包括如下步骤: 步骤2031)对各网格区域上测算得到的信道脉冲响应&0)，构造如下的拷贝信道卷积矩阵，如式(17)所示，
4.按照权利要求2所述的基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，其特征在于，所述的步骤1041)中，a的取值范围为I彡a彡5。
5.按照权利要求1所述的基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，其特征在于，所述的步骤202)中，海洋环境参数包括声速梯度分布、海水深度、海水密度、海底密度、海底的衰减系数。
全文摘要
本发明公开了一种基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法步骤10)对水声脉冲信号的频率进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布估计，包括如下的步骤步骤101)确定二维频偏—时滞域上的模糊函数；步骤102)设置离散频偏的总点数和离散时滞的总点数，步骤103)将直角坐标系下的模糊函数转化为极坐标系下的模糊函数步骤14)确定接收信号的中心频率以及相应的瞬时时间；步骤20)对双阵元接收的水声脉冲信号实施定位，包括步骤201)确定声源的搜索范围；步骤202)确定相应的拷贝信道脉冲响应；步骤203)对目标实施匹配场定位。该方法利用两个垂直接收水听器对发射信号未知的水声脉冲信号实现精确定位。
文档编号G01S5/18GK103076594SQ20121059114
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者李焜, 方世良, 安良, 罗昕炜 申请人:东南大学