【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋声学领域，尤其是一种运动声源深度的估计方法。
技术介绍
1、水下各类航行器关系到海上交通线的安全。目标的深度信息是非常重要的目标参数。根据声学传感器接收信号给出可靠的目标深度估计结果是解决水中目标深度分辨/估计的有效途径。匹配场处理方法是对目标进行深度估计的经典方法之一。这种方法采用声传播模型来计算拷贝场向量，然后将拷贝场与测量场进行匹配处理。然而，由于环境先验信息缺失，往往无法准确地构建拷贝场，从而导致匹配场处理方法的失效。此外，匹配场方法估计的声源深度源自距离-深度模糊度平面，距离估计的误差也会导致声源深度出现偏差。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种运动声源深度的估计方法，利用目标声源辐射的中低频单频信号，实现浅海水平不变环境下运动目标的深度估计。
2、为达到上述目的，本申请提供了一种运动声源深度的估计方法，包括：
3、以声学传播模型仿真待监测海域，在仿真海域标注所述水听器水平阵列的位置，在仿真海域将待检测的深度范围划分为多个深度网格；对任一深度网格执行，从该深度网格中取一个深度，以该深度为待定目标声源深度；采用简正波理论，确定仿真海域存在不少于两阶简正波的频带范围，从该频带范围和目标声源频带的交集中，任取一个频率，作为选定频率；采用简正波理论，计算仿真海域选定频率下各阶简正波相速度、本征函数，并依据简正波相速度、本征函数计算各待定目标声源深度的简正波能量分布；
4、采用mvdr处理水听器水平阵列
5、对任一待定目标声源深度，执行：以仿真计算得的各阶简正波相速度，为各阶简正波相速度初始值，以分别对各阶简正波相速度完成一次最优值搜索，并更新各阶简正波相速度为一次迭代，循环迭代，直到迭代次数大于最大迭代次数或者误差变化量小于收敛阈值时停止迭代，将最后一次迭代的误差记为该待定目标声源深度的最优误差；
6、将最优误差最小的待定目标声源深度作为目标声源深度；
7、其中，一次迭代的误差为补偿后的输出波束功率曲线与该次重构的波束功率曲线的直线距离；该次重构的波束功率曲线采用补偿后的加权向量、简正波能量分布和该次迭代更新后各阶简正波相速度重构得到。
8、在一个可能的实现中，计算选定频率下任一待定目标声源深度的各阶简正波能量分布，公式表示为：
9、
10、其中，为表示该待定目标声源深度z的第k阶简正波能量；为仿真计算得的第k阶简正波初始相速度；zr表示水听器水平阵列所处深度，为z的第k阶简正波的本征函数；f为选定频率；
11、对归一化为：
12、
13、得到z的各阶简正波能量分布：
14、
15、其中，k为简正波阶数。
16、在另一个可能的实现中，所述计算补偿后的协方差矩阵，公式表示为：
17、
18、p'(sn,cl)＝p(sn)⊙b(cl,θn)
19、
20、其中，表示以cl为参考速度的补偿后的协方差矩阵；p(sn)表示第n段观测时间段的第s拍数据；cl表示以从第l个相速度网格中所取得相速度为参考速度；θn表示以第n段观测时间段目标信源的方位；θ0为参考方位；共n段观测时间段，每段观测时间段的接收信号分为s拍；f为选定频率；v(θn)＝-[cosθn,sinθn]t是指向方位θn的单位方向向量；δm为第m个阵元相对于参考阵元的位置。
21、在另一个可能的实现中，所述计算补偿后的加权向量公式表示为：
22、w(cl)＝[w1(cl),w2(cl),...,wm(cl)]t
23、
24、其中，cl表示以从第l个相速度网格中所取得相速度为参考速度；w(cl)表示以cl为参考速度算得的补偿后的加权向量；θ0为参考方位；m表示第m个阵元；rm＝[rxm,rym]t是第m个阵元的二维坐标。
25、在另一个可能的实现中，所述对任一待定目标声源深度，完成一次迭代为：
26、分别确定当前各阶简正波相速度的搜索范围，表示为：
27、
28、其中，dc为预先设定的相速度最小间隔；δc为搜索的最大区间；为当前第k阶简正波相速度；c′k为当前第k阶简正波的搜索相速度；
29、分别构建当前各阶简正波的代价函数，算得搜索到的第k阶简正波相速度的最优值，表示为：
30、
31、
32、
33、
34、
35、其中，为搜索到的第k阶简正波相速度的最优值；b(c)为补偿后的输出波束功率曲线；分别为信号能量与噪声能量；表示该待定目标声源深度z的第k阶简正波能量归一化的值；表示该待定目标声源深度z的除第k阶简正波外的其余简正波的能量分布；ψ1(c′k)表示第k阶搜索简正波的波束响应曲线；表示第k阶搜索简正波的导向矢量；ψ2表示当前除第k阶简正波外的其余简正波的波束响应曲线；ψ*表示当前简正波的波束响应曲线；l表示相速度网格数；γ表示噪声的波束响应曲线；表示当前简正波的导向矢量；θ0为参考方位；δm为第m个阵元相对于参考阵元的位置；
36、以搜索到的各阶简正波相速度的最优值更新当前简正波相速度，同时更新当前简正波的波束响应曲线；计算本次迭代误差和上次迭代误差的差值，即误差变化量，并确定误差变化量不小于收敛阈值，且迭代次数不大于最大迭代次数，将本次迭代误差作为上次迭代误差，迭代次数加1。
37、在另一个可能的实现中对任一待定目标声源深度，所述一次迭代的误差公式表示为：
38、
39、
40、
41、其中，gnew表示该一次迭代的误差；为该次迭代更新各阶简正波相速度后当前第k阶简正波相速度；b(c)为补偿后的输出波束功率曲线；分别为信号能量与噪声能量；表示该次迭代更新各阶简正波相速度后，当前第k阶简正波的波束响应曲线；ψ2表示该次迭代更新各阶简正波相速度后，除当前第k阶简正波外当前的其余简正波的波束响应曲线；表示该待定目标声源深度z的第k阶简正波能量归一化的值；表示该待定目标声源深度z的除第k阶简正波外的其余简正波的能量分布；ψ*表示该次迭代更新各阶简正波相速度后，当前简正波的波束响应曲线；γ表示噪声的波束响应曲线；表示该次迭代更新各阶简正波相速度后，当前简正波的导向矢量。
42、基于上述，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种运动声源深度的估计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算选定频率下任一待定目标声源深度的各阶简正波能量分布，公式表示为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算补偿后的协方差矩阵，公式表示为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算补偿后的加权向量公式表示为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对任一待定目标声源深度，完成一次迭代为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对任一待定目标声源深度，所述一次迭代的误差公式表示为：
【技术特征摘要】
1.一种运动声源深度的估计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算选定频率下任一待定目标声源深度的各阶简正波能量分布，公式表示为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算补偿后的协方差矩阵，公式表示为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：翟铎，李风华，张波，李文，张燕君，杨习山，于小涛，朱飞龙，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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