一种混沌水声定位方法技术

本发明专利技术公开了一种混沌水声定位方法，步骤包括：1)生成混沌探测信号；2)准备脉冲式发射探测信号；3)发射基地定向发射和扫描式发射探测信号；4)发射基地接收目标反射的回波信号记录目标方位角；5)发射基地估算发射基地与扫描到的目标之间的距离；6)接收基地将扫描式接收到的目标反射的回波信号送入第三混沌匹配滤波器，并记录目标方位角；7)接收基地将定向接收的直传信号送入第四混沌匹配滤波器；8)将步骤6和步骤7中得到的混沌匹配滤波信号再传统匹配滤波，脉冲积累估计出目标反射的回波信号的时延，估算发射基地到目标再到接收基地的距离；9)完成对目标的二维定位。本发明专利技术方法，定位过程简单，准确性高。

【技术实现步骤摘要】
一种混沌水声定位方法
本专利技术属于声纳定位
，涉及一种混沌水声定位方法。
技术介绍
声纳技术是利用声波对水下目标进行定位、探测、识别和跟踪，广泛应用于军事领域和民用领域。利用自身主动发射声波，依据接收的目标反射的回波来探测水中目标的技术称为主动声纳技术，但其在对目标进行探测的同时也容易暴露自身的位置，容易被敌方识别和攻击，故隐蔽性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混沌水声定位方法，采用发射与海洋背景噪声相似的混沌探测信号，克服主动声纳隐蔽性差的缺点。同时与相应的混沌匹配滤波器结合，有效地减小了干扰的影响，提高了定位精度。本专利技术所采用的技术方案是，一种混沌水声定位方法，脉冲式发射基于混杂系统产生的混沌探测信号，采用一个发射机和两个接收机分开布置的双基地声纳，第一个接收机与发射机位于同一发射基地，该发射基地发送探测信号的同时也接收目标反射的回波信号；发射基地将扫描式接收的目标反射回波信号经过第一混沌匹配滤波器，其输出信号与原混沌探测信号经过第二混沌匹配滤波器后的信号再进行传统匹配滤波和脉冲积累，进而估算发射基地与扫描到的目标之间的距离；位于接收基地的第二个接收机同时扫描式接收目标反射的回波信号和定向接收发射基地通过直传通道发送来的混沌探测信号，这两个信号分别经过第三混沌匹配滤波器、第四混沌匹配滤波器，再进行传统匹配滤波和脉冲累计，估算接收基地接收的目标反射的回波信号与直传信号之间的时延，再根据直传通道距离L和水中声速c，进而估算出发射基地到目标再到接收基地的距离；最后，根据发射基地与扫描到的目标之间的距离、发射基地到目标再到接收基地的距离，同时再借助信号接收方位角，实现对目标的定位。本专利技术的有益效果是，能够在多径严重的浅海水声信道中实现对目标的二维定位，具体优点在于：1)采用发射基于混杂系统产生的宽频混沌探测信号，由于混沌信号类似于海洋的背景噪声，具有难于预测的特点，所以被探测的目标不易发现其附近存在声纳，这样就提高了主动声纳的隐蔽性。同时，混沌信号对海洋生物的影响小，故具有良好的环境兼容性。2)采用相应的混沌匹配滤波器，有效地减少了传统匹配滤波器在多径严重的浅海水声信道中出现的副峰超过主峰的现象，具有更好的抵抗多径和噪声的性能，提高了目标定位的精度。附图说明图1是本专利技术方法所用的双基地声纳几何关系；图2是本专利技术方法采用的目标定位原理图；图3是本专利技术方法实施例采用的基频为800Hz时，时间长度0.12s的混沌信号波形；图4是本专利技术方法所用的混沌探测信号的相平面图；图5是本专利技术方法实施例采用的发射基地脉冲式发射混沌探测信号；图6是本专利技术方法实施例中发射基地扫描式接收目标反射的回波信号；图7是本专利技术方法实施例中发射的混沌探测信号经过混沌匹配滤波器的波形；图8是本专利技术方法实施例中发射基地扫描式接收目标反射的回波信号经过混沌匹配滤波器的波形；图9是本专利技术方法实施例中发射基地扫描式接收目标反射的回波信号经过两次匹配滤波和脉冲积累后的波形；图10是本专利技术方法实施例中接收基地扫描式接收目标反射的回波经过混沌匹配滤波器的波形；图11是本专利技术方法实施例中接收基地定向接收的直传信号经过混沌匹配滤波器的波形；图12是本专利技术方法实施例中接收基地扫描式接收目标反射的回波经过混沌匹配滤波器和传统匹配滤波的波形；图13为本专利技术方法实施例中接收基地定向接收的直传信号经过混沌匹配滤波器、传统匹配滤波器和脉冲积累后的波形；图14为本专利技术方法实施例中接收基地定向接收的直传信号只经过传统匹配滤波器和脉冲积累后的波形；图15为本专利技术方法实施例采用的分别脉冲式发射传统探测信号和其他混沌探测信号时，接收基地定向接收的直传信号经过传统匹配滤波器、脉冲积累后的波形；图16为本专利技术方法实施例采用的基于混杂系统产生的基频为800Hz的混沌信号和其他信号的400次测量的距离平均相对误差比较；图17为本专利技术方法实施例采用的基于混杂系统产生的基频为1000Hz的混沌信号和其他信号的400次测量的距离平均相对误差比较；图18为本专利技术方法实施例采用的基于混杂系统产生的基频为1600Hz的混沌信号和其他信号的400次测量的距离平均相对误差比较；图19为本专利技术方法实施例采用的基于混杂系统产生的基频为2000Hz的混沌信号和其他信号的400次测量的距离平均相对误差比较。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的混沌水声定位方法，针对主动声纳因发射探测信号造成隐蔽性差的缺点，提供一种基于特定混沌信号的水声定位方法，该方法是脉冲式发射基于混杂系统产生的混沌探测信号，采用一个发射机和两个接收机分开布置的双基地声纳，其几何关系如图1所示，其中T/R代表发射基地，其坐标为(-900,0)，具有一个发射机和一个接收机，它能够同时扫描式发射混沌信号和接收目标反射的回波信号；R代表接收基地，其坐标为(900,0)，具有一个接收机，能够扫描式接收经目标反射的回波信号；Q表示水下待探测的目标，其坐标为(100,40)。如图2所示，为目标定位原理图。首先，发射基地接收机将扫描式接收的目标反射回波信号经过第一混沌匹配滤波器(混沌匹配滤波1)，其输出信号与原混沌探测信号经过第二混沌匹配滤波器(混沌匹配滤波2)后的输出信号进行传统匹配滤波器一(传统匹配滤波1)和脉冲积累，进而估算发射基地与扫描到的目标之间的距离；然后，接收基地扫描式接收目标反射的回波信号和定向接收直传信号，这两个信号分别经过第三混沌匹配滤波器(混沌匹配滤波3)和第四混沌匹配滤波器(混沌匹配滤波4)，再将这两个混沌匹配滤波器的输出经过传统匹配滤波器二(传统匹配滤波2)和脉冲累计，估算接收基地接收的目标反射的回波信号与直传信号之间的时延，再根据直传通道距离L和水中声速c，进而估算出发射基地到目标再到接收基地的距离；最后，根据发射基地与扫描到的目标之间的距离、发射基地到目标再到接收基地的距离，同时借助信号接收方位角，实现对目标的定位。本专利技术的混沌水声定位方法，基于上述的原理，具体按照以下步骤实施：步骤1、生成混沌探测信号采用式(1)的混杂系统生成所要发射的混沌信号：其中，u为混沌信号，参数ω＝2πf，参数β＝fln2，其中f为信号的基频，则su的定义如下：当时，su(t)＝sgn(u(t))；当时，su(t)保持不变，并且有：例如，当基频f取800Hz时，该混杂系统产生的0.12s的混沌信号波形如图3所示，其相平面图如图4所示。步骤2、设置脉冲式发射的探测信号如图5所示，为发射基地准备脉冲式发射的探测信号，探测信号的脉冲持续时间为0.1s，脉冲重复周期为2s。步骤3、发射基地进行定向发射和扫描发射探测信号由于采用双基地声纳，当发射基地和接收基地之间没有专门用于同步处理的物理链路时，接收基地就只能利用定向接收的直传信号来实现同步，故发射基地在向目标扫描式发射探测信号u的同时，还需向接收基地定向发射探测信号u。步骤4、发射基地扫描式接收目标反射的回波信号，并记录目标方位角θT发射基地扫描式接收目标反射的回波信号u1，同时记录接收的目标方位角θT，本实施例通信试验在多径严重的浅海水声信道中进行，浅海水声信道参数如表1所示，当信噪比为-22dB时，发射基地扫描式接收目标反射的回波信号u1，如图6所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混沌水声定位方法，其特征在于：脉冲式发射基于混杂系统产生的混沌探测信号，采用一个发射机和两个接收机分开布置的双基地声纳，其中的第一个接收机与发射机位于同一发射基地，该发射基地发送探测信号的同时也接收目标反射的回波信号；发射基地将扫描式接收的目标反射回波信号经过第一混沌匹配滤波器，其输出信号与原混沌探测信号经过第二混沌匹配滤波器后的信号再进行传统匹配滤波和脉冲积累，进而估算发射基地与扫描到的目标之间的距离；位于接收基地的第二个接收机同时扫描式接收目标反射的回波信号和定向接收发射基地通过直传通道发送来的混沌探测信号，这两个信号分别经过第三混沌匹配滤波器、第四混沌匹配滤波器，再进行传统匹配滤波和脉冲累计，估算接收基地接收的目标反射的回波信号与直传信号之间的时延，再根据直传通道距离L和水中声速c，进而估算出发射基地到目标再到接收基地的距离；最后，根据发射基地与扫描到的目标之间的距离、发射基地到目标再到接收基地的距离，同时再借助信号接收方位角，实现对目标的定位。

【技术特征摘要】
1.一种混沌水声定位方法，其特征在于：脉冲式发射基于混杂系统产生的混沌探测信号，采用一个发射机和两个接收机分开布置的双基地声纳，其中的第一个接收机与发射机位于同一发射基地，该发射基地发送探测信号的同时也接收目标反射的回波信号；发射基地将扫描式接收的目标反射回波信号经过第一混沌匹配滤波器，其输出信号与原混沌探测信号经过第二混沌匹配滤波器后的信号再进行传统匹配滤波和脉冲积累，进而估算发射基地与扫描到的目标之间的距离；位于接收基地的第二个接收机同时扫描式接收目标反射的回波信号和定向接收发射基地通过直传通道发送来的混沌探测信号，这两个信号分别经过第三混沌匹配滤波器、第四混沌匹配滤波器，再进行传统匹配滤波和脉冲累计，估算接收基地接收的目标反射的回波信号与直传信号之间的时延，再根据直传通道距离L和水中声速c，进而估算出发射基地到目标再到接收基地的距离；最后，根据发射基地与扫描到的目标之间的距离、发射基地到目标再到接收基地的距离，同时再借助信号接收方位角，实现对目标的定位，该方法具体按照以下步骤实施：步骤1、生成混沌探测信号采用式(1)的混杂系统生成所要发射的混沌信号：其中，u为混沌信号，参数ω＝2πf，参数β＝fln2，其中f为信号的基频，则su的定义如下：当时，su(t)＝sgn(u(t))；当时，su(t)保持不变，并且有：步骤2、设置脉冲式发射的探测信号发射基地准备脉冲式发射的探测信号，设置探测信号的脉冲持续时间和脉冲重复周期；步骤3、发射基地进行定向发射和扫描发射探测信号发射基地在向目标扫描式发射探测信号u的同时，向接收基地定向发射探测信号u；步骤4、发射基地扫描式接收目标反射的回波信号，并记录目标方位角θT发射基地扫描式接收目标反射的回波信号u1，同时记录接收的目标方位角θT；步骤5、估算发射基地与扫描到的目标之间的距离发射基地将扫描式接收的目标反射回波信号u1与原混沌探测信号u分别送入式(3)的第一混沌匹配滤波器、第二混沌匹配滤波器中：其中，η(t)是混沌匹配滤波器的中间变量，t为时间，是η(t)的一阶导数，即为混沌匹配滤波器的输入信号，ξ(t)为混沌匹配滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：任海鹏，白超，习亚平，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61