单矢量水听器对海面目标高分辨定位方法研究.pdf

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1、2015年第34卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)37DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)02--0037-03单矢量水听器对海面目标高分辨定位方法研究李楠松r，朴胜春，邢传玺(1．哈尔滨工程大学水声技术重点实验室。黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工程大学水声工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：建立单矢量水听器简正波接收模型，引入高分辨算法构造代价函数对目标的距离和角度进行匹配搜索，实现对浅海中水面目标的定位。仿真结果表明：当接收信噪比不低于15dB时，该方法依

2、靠单矢量水听器就可以对水面目标进行定位。通过海试数据处理结果分析，在3km范围内，在较高信噪比时，定位误差小于5％。实验数据验证了算法的有效性。关键词：单矢量水听器；模型匹配；高分辨算法中图分类号：TB52文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)02-0037-03一Researc·hOn’Il●g’I-resolut·i●onlocal●izat·i‘OnmetJ1n0c1IOIl-seasurfacetargetbysinglevectorhydrophoneLINan．song，PIAOSheng．chun，_，XINGChuan．xi，

3、(1．ScienceandTechnologyonUnderwaterAcousticLaboratory，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China；2．CollegeofUnderwaterAcousticEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Normalmodereceptionmodelofsinglevectorhydrophoneisestablished，andazimuthanddistanceo

4、ftargetaresearchedbycostfunctionwhichisstructuredbyhigh—resolutionDOAestimationtorealizeseasnrfacetargetlocalization．SimulationresultsshowthatseasurfacetargetinshallowwatercanbelocatedwhenreceivingSNRishigherthan15dB，themethodcanlocateseasurfacetargetbysinglevectorhydrophone．Throug

5、hanalysisonseatrialexperimentaldata，attherangeof3kmandhigherSNR，erroroflocationcanbecontrolledwithin5％．Theeffectivenessofthealgorithmisverified．Keywords：singlevectorhydrophone；modelmatching；high—resolutionalgorithm0引言面目标定位成为可能。高分辨算法是建立在基于空间分布对水面目标的被动定位在军事和民用上具有非常重要阵列模型的基础之上，根据单矢量水听

6、器上述特点，将阵列的意义，一直是水声学研究的热点和难点。传统的被信号处理中常用的高分辨算法应用于单矢量水听器，使其动定位方法可分为基于信号到达各阵元时延的定位和基于拥有以往只有阵列信号处理才能得到的高分辨能力。声传播模型匹配的定位，其代表分别为三元阵定位和匹配本文充分考虑浅海信道对声传播的影响机制，将阵列场定位J。匹配场定位多数采用垂直阵，以获得足够多的处理中常用到的高分辨算法与声传播模型匹配的方法相结声场空间信息。就垂直阵而言，由于海洋风浪的存在，导致合，根据高分辨算法构造模型匹配的代价函数，以提高对失了阵列倾斜、上下阵元深度以及阵元间隔失配等影响，对声配

7、问题的适应性和稳健性，为该方法走向实际工程应用奠源的准确定位是困难的。定了基础。矢量水听器可以同时、共点地测量声场中该处的声压1矢量水听器结构与简正波接收模型和三个方向上的振速，具有体积小、自然指向性与频率无图l为矢量水听器结构。敏感元件位于球型壳体内，关，且不需要传统阵列处理中需要对阵列进行校准等特声波不直接作用于敏感元件上，而是作用在壳体上使壳体点F5,61。单矢量水听器本身具有阵列的一些特点，使得将做振荡运动，敏感元件在惯性力的作用下发生形变，将产阵列处理中经常用的高分辨算法应用于单矢量水听器对水生的振动转换为电信号，实现声一电转换，完成声压和振速收稿

8、日期：2014—10-28基金项目：国家自然科学基金