浮标LOFIX定位时目标轨迹的AR滤波-论文.pdf

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1、2014年第3期声学与电子工程总第115期浮标LOFIX定位时目标轨迹的AR滤波刘桂瑜乔斌张磊凌震莹(第七一五研究所，杭州，310023)摘要研究了在欠浮标(三枚)情况利用AR预测滤波判定真实目标解的方法，计算机仿真表明该方法的可行性和有效性，对实际的工程应用也有一定的借鉴意义。关键词被动声呐浮标；LOFIX定位：AR预测滤波被动全向声呐浮标具有隐蔽性强、工作距离远、效费比高、方便携带等优点，是航空反潜最常=等=用的一种探测器材。距离比定位(LOFIX)利用多枚浮标收到的目标辐射强度，得出距离圆定位，是距离圆半径：被动全向声呐定位的主要方法。L

2、OFIX的定位误差在0．5～lnmile，一般用作对目标的初始定位。距离=器糟㈩圆的交点即为可能目标位置解，然后利用位置解到各浮标距离和最小的准则可以判断真实目标解，但实际情况下一般同时使用至少四枚浮标进行是此方法并不总是有效。本文研究了在欠浮标(三定位，多个距离圆相交产生多个可能的目标解，式(4)对应的目标序号即为所要求的目标解：枚)情况下两个距离圆的交点时，如何利用AR预测滤波估算目标解。min(、／_二丽]∈[。⋯一·】1定位方法及原理分析(4)假设目标声源为点声源，其辐射方向性、浮标LOFIX定位的解算原理如图1所示。接收水听器方向性及

3、传输介质是各向均匀的，忽略低频吸收因素影响，根据两个浮标接收到的同一个线谱的幅度比计算距离比，就可以确定一个目标距离圆轨迹，此圆的圆心位于两枚浮标位置的连线上并靠近接收信号大的浮标一侧。如果同时有三枚浮标收到同一个线谱，就可以得到两个圆，得到两个可能的目标位置解J。墨(xn。设浮标位置为B1(XB1，Y口1)、(2，2)、(3，3)，目标实际位置为(，Y)，距离圆的圆心为q(1，Yc1)、(2，c2)，相应的图1LOFIX距离圆定位示意图浮标间距在直角坐标系下为d，、d、d，两枚浮标确定的距离圆半径为，、墨。2AR预测滤波在欠浮标情况下的应用目

4、标距离比：2．1AR滤波简介厂A、假设是一个hR(p)过程，在以前P个数据样kl==I4／Jl(1)^本的基础上预测X，其中、4是两枚浮标收到信号频域的幅度值，A：一∑p是一个与声波传播几何衰减有关的值。一+()(5)k=l距离圆圆心为：13刘桂瑜等：浮标LOFIX定位时目标轨迹的AR滤波其中d为AR模型的预测参数，“()是方差为()-，即1=，舍弃，作为Ⅳ+l时刻的预一一一的激励白噪声，数据样本x(n1的自相关函数为：测样本，同理可以解算出Ⅳ+1的真实目标解，以此()=E{x(n)x(n+)}(6)类推，求解Ⅳ+时刻的真实目标解。，●●●∑●

5、●●一，，●●J、●●，●●∑●●●一●●●●●＼将式(5)代入并化简可得Y_ule—Walker方程：，3仿真及性能分析R．尺3．1仿真环境条件埘盯Rxx()=(7)·目标声源到各枚浮标的声波传播速度相同；一+·3枚浮标的坐标为B1(0，0)、2(0，3．33)、B3(3，5)，I3单位均为km(下同)，目标均在各浮标的作用范围写成矩阵方程形式l5]．内；2R(O)尺(一1)⋯尺[__P]1>一=·目标产生1000Hz单频信号，信噪比为7OdB，10(1)R(O)⋯[一(—1)】0信号随距离的201gl0(r)衰减，声波衰减指数为2；●●●目

6、标的运动轨迹为T(0．46，O．72)到1，2)；R()R(p一1)⋯R(O)dp0_●两个距离圆的交点分别为11，1)，22)，(8)真正的目标解记为，；通过解矩阵方程，求出滤波器的系数·每次的样本数据使用11个目标位置数据，且{。，d，．．．，d}，使预测功率Qp最小，进而求得预AR滤波器的阶数为4。^3。2仿真测值X。一般来说，AR模型的阶数并不是先验已图2为两个距离圆相交于两个交点，其中右侧知的，为了避免AR模型的失配引起的预测误差过交点为真正的目标解；图3为三枚浮标对运动的目大，要求kN／2，其中Ⅳ为记录数据的样本个标连续LOFIX定

7、位，并使用本文的算法解算目标数。解，可见解算的目标解均正确。AR模型和线性预2．2欠浮标情况下位置解测器是等价的l6J，是在最小平方意义上对数据的拟由第1节分析可知，三枚浮标会产生两个可能合，在满足一定信噪比的情况下，AR模型具有较的交点目标解、，真正的目标解记，由式(4)好的性能。AR模型阶次的选择一般使用两个较常利用位置解到浮标距离和最小的准则可以判定真实目标解，但是目标一旦超出浮标所围成的几何区用的准则：最终预测误差准则，信息论准则。实际域外，此方法很可能会失效。上对一个AR模型阶次的选择需要对所使用的具体浮标探测的目标速度一般较慢(相对

8、定位时信号得到的结果多次比较确定。可以根据数据的规间)，运动轨迹不会产生剧烈的突变，相邻的若干律，从低次到高次不断的实验，当最后一项系数为0或者很小时