一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法

本发明涉及水声信号处理，具体涉及一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法。

背景技术：

1、对于深海环境下的目标定位问题，由于深海环境与浅海环境的差异，许多传统浅海适用的定位方法在深海中效果欠佳，对目标的定位至今是一项难题。并且在深海环境中，由于声速剖面将导致主被动探测效果急剧下降，留下大范围的声影区。但影区并不是传统意义上的盲区，当声源处声波的出射角较大时，声线路径可被海底反射到影区，这为中近距离探测提供了物理基础。但是，反射声波的传播损失较大，目标信号经海底反射后较微弱，这将导致传统信号处理算法的增益不足，主被动声呐探测性能下降。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，能够针对性解决深海环境低信噪比问题。

2、本发明所采用的技术方案的主要思路：首先通过doa估计获得目标的接收到达角，并对目标方向进行波束形成获得目标线谱信息，其次使用接收到达角信息构建模糊面，最后进行多次上述计算，通过使用多次构建的模糊面信息构建多条假设路径，结合多次记录的目标线谱信息计算线谱变化率与多条假设路径的线谱变化率进行拟合获得目标位置。通过对目标长时间观测，使用目标线谱信息，以及使用目标接收到达角构建模糊面并构造目标假设路径，并基于目标线谱多普勒频移和速度起伏获取目标位置信息。本方法信噪比条件跟信号检测能力挂钩，针对性解决了深海环境低信噪比问题，并且能正确的得到目标位置信息。

3、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

4、一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，包括以下步骤：

5、接收目标信号，并通过计算获得目标的接收到达角和线谱信息；

6、根据目标的接收到达角构建目标的假设路径；

7、根据目标的线谱信息拟合假设路径的多普勒偏移，得到目标的坐标位置。

8、通过以上技术方案，进一步地，接收到达角的观测向量为：

9、；

10、其中是观测总时长，为目标的接收到达角，为目标方向。

11、通过以上技术方案，进一步地：目标的线谱信息向量表示为

12、；

13、其中，为目标中的线谱信息。

14、通过以上技术方案，进一步地，构建目标假设路径的步骤为：

15、根据接收到达角构建目标假设位置和由接收到达角构造的模糊面；

16、根据模糊面构建假设路径的二维坐标表达式。

17、通过以上技术方案，进一步地：目标距离与海底反射角的映射关系表达式为

18、；

19、其中为目标位置与海底反射信号到达角的映射关系，是目标与接受阵列的距离。

20、通过以上技术方案，进一步地：接收到达角构造的模糊面的表达式为：

21、；

22、其中，和是以接收阵列中心为原点的水平平面坐标。

23、通过以上技术方案，进一步地：目标的第n条假设路径的表达式为

24、；

25、通过以上技术方案，进一步地：假设路径的多普勒偏移可表示为

26、；

27、其中，是海水中的声速，代表假设路径与舰船的相对速度。

28、通过以上技术方案，进一步地：目标的坐标位置可表示为

29、；

30、其中，代表目标的多普勒频移。

31、一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位装置，包括处理设备；所述处理设备，用于实现如上述任一项所述的基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法。

32、本发明的有益效果是：

33、本发明针对基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，深海环境定位问题一直是热点问题，且导致的低信噪比条件导致许多方法不适用，该发明通过对目标长时间观测，使用目标线谱信息，以及使用目标接收到达角构建模糊面并构造目标假设路径，并基于目标线谱多普勒频移和速度起伏获取目标位置信息。本方法信噪比条件跟信号检测能力挂钩，针对性解决了深海环境低信噪比问题，并且能正确的得到目标位置信息。

1.一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于，接收到达角的观测向量为：

3.根据权利要求2所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于：目标的线谱信息向量表示为

4.根据权利要求3所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于，构建目标假设路径的步骤为：

5.根据权利要求4所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于：目标假设位置与海底反射角的映射关系表达式为

6.根据权利要求5所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于：接收到达角构造的模糊面的表达式为：

7.根据权利要求6所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于：目标的第n条假设路径的表达式为

8.根据权利要求7所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于：假设路径的多普勒偏移可表示为

9.根据权利要求8所述的一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法，其特征在于：目标的坐标位置可表示为

10.一种基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位装置，其特征在于：包括处理设备；所述处理设备，用于实现如权利要求1-9任一项所述的基于线谱多普勒和速度变化起伏的高速驶来目标定位方法。