【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于远程水下目标声探测，具体涉及一种低频多线谱检测的声呐浮标阵列波束形成及定位方法。
技术介绍
1、随着现代装备技术的不断发展，对水下目标的搜索、跟踪变得越来越困难。拖曳线列阵声纳、吊放声呐、岸基声纳、声纳浮标等作为一种有效探测手段受到了越来越多重视，世界各国都在积极研究先进的远程探测技术。
2、然而当今水下航行器的噪声谱级不断降低，水声探测技术水平面临巨大的技术挑战。众所周知，水下航行器的低频线谱特别是螺旋桨的轴频和叶频线谱强度比噪声的连续谱强度要高出10-20分贝；因此采用低频或超低频被动探测水下目标是当前一个重要发展趋势，世界各发达国家在这一领域投入大量的人力、物力和财力解决水下目标的远程探测问题，从目前的研究效果来看收效甚微。主要是受水声探测系统的换能器基阵尺寸、体积、重量等限制，装载平台限制了换能器基阵不可能做的很大，由于换能器基阵的孔径小，5hz-100hz范围低频线谱的检测很难实现，探测距离较近。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种低频多线谱检测的声呐浮标阵列波束形成及定位方法，能够实现低频多线谱的波束形成以及目标定位。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种低频多线谱检测的声呐浮标阵列波束形成及定位方法，包括以下步骤：
3、在待搜索的海域建立x、y二维平面坐标系，形成两个沿x、y轴分布的随机声呐浮标阵列；
4、确定虚拟声呐浮标直线阵列的中心坐标，基于搜索线谱确定虚拟声
5、通过北斗星基差分测量获取随机声呐浮标阵列中每个声呐浮标的坐标位置，将随机声呐浮标阵列中的声呐浮标与虚拟声呐浮标直线阵列中的声呐浮标进行一一映射，通过坐标转换及时延形成相互垂直的两条由若干个声纳浮标组成的虚拟声呐浮标直线阵列；
6、目标线谱搜索频率范围5hz-100hz，在某一搜索线谱上，分别以虚拟声呐浮标直线阵列中心坐标ox、oy为原点，通过x、y轴上的两个虚拟声呐浮标直线阵列按线列阵分别形成宽度5-10度接收波束；
7、基于接收波束分别获取波束主轴与x、y轴的正向夹角，并通过几何定位实现低频多线谱远程水下目标的探测。
8、上述技术方案中，所述搜索目标位于x、y二维平面坐标系的第一象限。
9、上述技术方案中，选定x、y二维平面坐标系的坐标原点后，在x、y轴附近一定范围内投放声呐浮标，形成随机声呐浮标阵列。
10、上述技术方案中，随机声呐浮标阵列中的声呐浮标数根据投放位置的精度确定，不小于虚拟声呐浮标直线阵列中的声呐浮标数；将随机声呐浮标阵列中坐标位置远离x、y轴的随机声呐浮标进行剔除后，将剩余的随机声呐浮标与虚拟浮标阵列中的每个虚拟声呐浮标一一映射。
11、上述技术方案中，将搜索线谱波长的二分之一设置为虚拟声呐浮标直线阵列的间隔。
12、上述技术方案中，虚拟声呐浮标直线阵列的接收波束按搜索逻辑进行扫描，若未接收到目标信号，则调整搜索线谱；基于调整后的搜索线谱重新调整虚拟声呐浮标的间隔，并针对调整后的虚拟声呐浮标直线阵列重新映射随机声呐浮标阵列；循环执行上述步骤直到接收到目标信号。
13、上述技术方案中，基于虚拟声呐浮标直线阵列的中心坐标和确定的各虚拟声呐浮标坐标间隔，确定各虚拟声呐浮标的坐标位置信息；并将虚拟声呐浮标坐标位置与其连线最近的随机声呐坐标位置进行映射。
14、上述技术方案中， x、y轴上虚拟声呐浮标直线阵列的中心位置坐标，根据x、y轴上虚拟声呐浮标直线阵列中的阵元数量和搜索线谱的波长确定。
15、上述技术方案中，若有目标存在时，根据两个虚拟声呐浮标直线阵列接收扫描波束的主轴与x或y轴正向的夹角，变换后得到波束的主轴与x、y轴上的两个虚拟声呐浮标直线阵列中心坐标原点连线的夹角，通过两角加一边的几何定位方法，解算出目标的坐标位置。
16、上述技术方案中，在第一象限的搜索区域分别以5°-95°度和90°-175°进行波束扫描。
17、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过沿x、y轴投放一定散布范围的形成两个沿x、y轴分布的随机声呐浮标阵列，通过坐标转换及时延形成相互垂直的两条由若干个声纳浮标组成的虚拟直线阵列，按线列阵形成波束，实现对水下低频多线谱的目标探测。由于虚拟直线阵列声呐浮标的数量和搜索目标的线谱可以根据需求灵活设置，突破了传统声呐浮标的工作模式实现大孔径布阵，获取高的空间处理增益，以满足低频多线谱探测需求。本专利技术可在低频或超低频段工作，用于探测水下航行器的轴频和叶频线谱信号，从而实现对水下航行器实现远距离的探测和高精度的定向、定位。
18、进一步地，本专利技术由无线数据链传输，通过空中平台上的计算机存储及解算，实现随机声呐浮标与虚拟声呐浮标的坐标转换及时延，对声纳浮标的布阵误差、水流风向影响误差、目标噪声线谱的变化等实现自动补偿，进一步保证波束形成和对目标定位的实时性和精度。
19、进一步地，本专利技术在所构建的平面坐标系的第一象限内搜索目标，保证目标定位过程的解算精度和搜索效率。
20、进一步地，本专利技术在确定的探测海域尽可能的靠近x、y轴随机投放声呐浮标，保证有效覆盖检测范围的同时保证了检测数据的有效性和精度。
21、进一步地，本专利技术将远离x、y轴的实际声呐浮标进行剔除，保证了定位数据的来源精度。
22、进一步地，本专利技术将搜索线谱波长的二分之一作为虚拟声呐浮标直线阵列的间隔，保证虚拟声呐浮标直线阵列能够有效且准确地形成接收指向性波束。
23、进一步地，本专利技术可以不断调整搜索线谱，并基于线谱调整虚拟声呐浮标的间隔，保证最终确定的虚拟声呐浮标直线阵列能够有效适应探测需求的同时，能够使本专利技术适用于不同线谱的目标探测，且适用过程无需对硬件设备做任何调整，只需要循环执行解算程序即可实现适配，有效节约了成本和系统的灵活组态。
24、进一步地，本专利技术基于连线最短化原则将虚拟声呐浮标坐标与随机声呐浮标坐标进行一一映射，有效节约计算成本并保证解算过程精度。
25、进一步地，本专利技术确定虚拟声呐浮标直线阵列的中心坐标后，并以该中心坐标为基准调整后续各虚拟声呐浮标坐标，有效提高计算效率。
26、进一步地，本专利技术采用几何定位法求解得到目标坐标位置，简化了解算的复杂性同时有效节约计算成本。
27、进一步地，本专利技术在第一象限的搜索区域分别以5°-95°度和90°-175°进行波束扫描，简化了波束形成的总体构架，并满足实际使用需求。
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1.一种低频多线谱检测的声呐浮标阵列波束形成及定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述搜索目标位于X、Y二维平面坐标系的第一象限。
3.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：选定X、Y二维平面坐标系的坐标原点后，在X、Y轴附近一定范围内投放声呐浮标，形成随机声呐浮标阵列。
4.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：随机声呐浮标阵列中的声呐浮标数根据投放位置的精度确定，不小于虚拟声呐浮标直线阵列中的声呐浮标数；将随机声呐浮标阵列中坐标位置远离X、Y轴的随机声呐浮标进行剔除后，将剩余的随机声呐浮标与虚拟浮标阵列中的每个虚拟声呐浮标一一映射。
5.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：将搜索线谱波长的二分之一设置为虚拟声呐浮标直线阵列的间隔。
6.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：虚拟声呐浮标直线阵列的接收波束按搜索逻辑进行扫描，若未接收到目标信号，则调整搜索线谱；基于调整后的搜索线谱重新调整虚拟声呐浮标的间隔，并针对调整后的虚拟声呐浮标直线阵列重新映射随机声
7.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于：基于虚拟声呐浮标直线阵列的中心坐标和确定的各虚拟声呐浮标坐标间隔，确定各虚拟声呐浮标的坐标位置信息；并将虚拟声呐浮标坐标位置与其连线最近的随机声呐坐标位置进行映射。
8.根据权利要求6所述的一种方法，其特征在于： X、Y轴上虚拟声呐浮标直线阵列的中心位置坐标，根据X、Y轴上虚拟声呐浮标直线阵列中的阵元数量和搜索线谱的波长确定。
9.根据权利要求6所述的一种方法，其特征在于：若有目标存在时，根据两个虚拟声呐浮标直线阵列接收扫描波束的主轴与X或Y轴正向的夹角，变换后得到波束的主轴与X、Y轴上的两个虚拟声呐浮标直线阵列中心坐标原点连线的夹角，通过两角加一边的几何定位方法，解算出目标的坐标位置。
10.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：在第一象限的搜索区域分别以5°-95°度和90°-175°进行波束扫描。
...【技术特征摘要】
1.一种低频多线谱检测的声呐浮标阵列波束形成及定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述搜索目标位于x、y二维平面坐标系的第一象限。
3.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：选定x、y二维平面坐标系的坐标原点后，在x、y轴附近一定范围内投放声呐浮标，形成随机声呐浮标阵列。
4.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：随机声呐浮标阵列中的声呐浮标数根据投放位置的精度确定，不小于虚拟声呐浮标直线阵列中的声呐浮标数；将随机声呐浮标阵列中坐标位置远离x、y轴的随机声呐浮标进行剔除后，将剩余的随机声呐浮标与虚拟浮标阵列中的每个虚拟声呐浮标一一映射。
5.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：将搜索线谱波长的二分之一设置为虚拟声呐浮标直线阵列的间隔。
6.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：虚拟声呐浮标直线阵列的接收波束按搜索逻辑进行扫描，若未接收到目标信号，则调整搜索线谱；基于调整后的搜索线谱重新调整虚...
【专利技术属性】
技术研发人员：苑秉成，杨鹏，詹昊可，潘舟，邹亮，裴文进，邱子波，
申请(专利权)人：武汉环达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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