專利名稱：基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航方法和裝置。
背景技術(shù)：
海面與水下定位導(dǎo)航是一切海洋開發(fā)活動(dòng)與海洋高技術(shù)發(fā)展的基本前提，水下運(yùn) 動(dòng)載體或設(shè)備平臺(tái)是海洋開發(fā)的重要工具，在實(shí)際應(yīng)用中為了確定其在水下的位置，常需 要定位。由于電磁波在水中衰減嚴(yán)重，陸地上的GPS系統(tǒng)不適用于水下目標(biāo)的定位。聲波 在水中具有良好的傳播特性，目前的水下定位一般以聲波為媒介，主要有長基線定位系統(tǒng)、 短基線定位系統(tǒng)與超短基線定位系統(tǒng)等。在假定水下聲速已知的情況下，長基線定位系統(tǒng) 通過回波往返時(shí)延得到被測(cè)目標(biāo)與測(cè)量系統(tǒng)間的距離，采用球面交匯法確定被測(cè)目標(biāo)的相 對(duì)位置。短基線通過測(cè)量聲波到達(dá)各陣元的時(shí)間差來確定距離差再利用組成短基線的陣元 間距，采用雙曲線交匯法確定目標(biāo)位置。超短基線定位系統(tǒng)由多個(gè)水聲接收器組成陣列，各 陣元間的距離小于聲波波長的一半，因此精確時(shí)差測(cè)量比較困難，常通過陣元間的相位差 來測(cè)量入射角，再利用直線相交來進(jìn)行定位，在這幾種定位系統(tǒng)中長基線的定位精度最高， 短基線次之。精確的時(shí)間差測(cè)量是長基線和短基線定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)。為確定目標(biāo)在大地坐標(biāo)系 下的坐標(biāo)，長基線定位系統(tǒng)要求各陣元已知自身在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，其工作步驟請(qǐng)求 定位的目標(biāo)通過一個(gè)單頻信號(hào)向海底水聲收發(fā)器發(fā)出測(cè)距請(qǐng)求，組成長基線定位系統(tǒng)的各 水聲收發(fā)器在收到請(qǐng)求信號(hào)后采用不同的頻率發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，該信號(hào)包含了應(yīng)答器的位置 信息，請(qǐng)求定位目標(biāo)通過應(yīng)答信號(hào)的位置信息及發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)與接收應(yīng)答信號(hào)的時(shí)延來估 算自身位置。水聲信道是一個(gè)極其復(fù)雜的時(shí)變_頻變_空變隨機(jī)窄帶信道，具有高衰減、強(qiáng) 多徑干擾、多普勒頻偏嚴(yán)重、可用頻帶窄等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)特別是強(qiáng)多徑干擾對(duì)單頻脈沖信 號(hào)的水聲信號(hào)的接收和檢測(cè)造成一定的干擾，嚴(yán)重地影響了水聲定位系統(tǒng)的精度。而組成 長基線定位系統(tǒng)的陣元間距要求大于100m，布放于海底的不同位置，需要繁瑣的校準(zhǔn)工作， 這些都限制了基于回波往返時(shí)延的定位方法的應(yīng)用。超短基線定位系統(tǒng)陣元間的間距要求小于半個(gè)波長，具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng) 通過測(cè)量陣元間的相位差來估算入射角，再利用直線相交來進(jìn)行定位，具有精度不高的缺 陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)定位導(dǎo)航方法，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中，所定位的目標(biāo)可能以一定徑向速度遠(yuǎn)離或者靠近測(cè) 量系統(tǒng)，采用短基線系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，利用對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)時(shí)頻域的對(duì)稱性對(duì)信號(hào)進(jìn)行處 理估算回波往返時(shí)延，具有長基線定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有短基線體積小的特點(diǎn)，本發(fā)明 在確定水下目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下位置的同時(shí)還可確定水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。本發(fā)明不僅能 從水上(海面、岸上或者是空中)對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位，還能實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)的自動(dòng)化定位與導(dǎo)航。本發(fā)明的基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航方法包括以下步驟(1)船載水聲收發(fā)器向水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s(t)，安裝于水 下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器對(duì)所接收到信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)；所述對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s (t) 其中，B’、fO、T分別為信道帶寬、調(diào)頻的中心頻率、掃頻周期，A和ρ為信號(hào)幅
度和初始相位，所發(fā)射調(diào)頻信號(hào)的頻率f為 (2)船載測(cè)量裝置上的水聲接收器陣列接收回波信號(hào)，由于直達(dá)波傳播的路徑小 于界面反射的回波，與這些回波相比直達(dá)波最先達(dá)到水聲接收器陣列，利用陣列信號(hào)處理 器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，估計(jì)直達(dá)波和界面反射回波的來波方向；(3)利用來波方向信息調(diào)整水聲接收器陣列中各陣元的權(quán)值，使波束主瓣對(duì)準(zhǔn)直 達(dá)波，而在界面反射回波到達(dá)方向上形成零陷，從而抑制多徑回波的干擾，提高信噪比。加 權(quán)處理后水聲接收器陣列的輸出信號(hào)SJt)為 其中Kr為衰減因子。若聲波在水中的傳播速度為C，目標(biāo)距離測(cè)量系統(tǒng)為r處并以徑向速度為ν(遠(yuǎn)離 測(cè)量系統(tǒng)的速度為正)運(yùn)動(dòng)，測(cè)量系統(tǒng)回波往返時(shí)延為T,fjr = 2(r + V°，將其代入Sjt)，
C
接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)混頻，經(jīng)低通濾波器后取出頻率較低部分得到S1U) 把上掃頻段混頻得到的低頻分量延時(shí)f后與下掃頻段混頻得到的低頻分量再次進(jìn)行混頻，從而把非平穩(wěn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)單頻信號(hào)，其頻率/Δ =4(/Q-抝f，由于f(1、B、c已
知，因此信號(hào)的頻率只與水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。而頻率跳變時(shí)刻與測(cè)量系統(tǒng)到目標(biāo)
的距離關(guān)系r = ^^，從而得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度V = ^y ，目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的位置
t(C-V)
r =-；
2 (4)船載測(cè)量裝置利用GPS接收機(jī)確定自身的大地坐標(biāo)，通過系統(tǒng)上的船體姿態(tài) 矯正裝置提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行自身位置矯正，然后通過數(shù)據(jù)融合確定水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在大地坐標(biāo) 系下的坐標(biāo)。在上述方案的基礎(chǔ)上，只能實(shí)現(xiàn)船載測(cè)量裝置對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主動(dòng)式定位。為了 從水上(海面、岸上或者是空中)對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤需要以下步驟在所述步驟(1) 前由水上的無線電收發(fā)器通過電磁波向船載無線電收發(fā)器定位請(qǐng)求，船載無線電收發(fā)器把 該請(qǐng)求傳送給船載測(cè)量裝置上的微處理器；在步驟(4)后，船載測(cè)量裝置通過自身的無線 電收發(fā)器把水下目標(biāo)的位置和速度信息以電磁波的方式發(fā)送到水上無線電收發(fā)器。為了實(shí) 現(xiàn)水下目標(biāo)主動(dòng)式定位導(dǎo)航，需要以下步驟在所述步驟(1)前水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收 發(fā)器向船載測(cè)量裝置發(fā)送定位請(qǐng)求信息；在所述步驟(4)后，船載測(cè)量裝置通過自身的水 聲收發(fā)器把水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置信息以超聲波的方式發(fā)送給運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。本發(fā)明裝置可通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)包括船載測(cè)量裝置、水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水 聲收發(fā)器和水上無線電收發(fā)器，其中船載測(cè)量裝置是本發(fā)明的核心，水上的無線電收發(fā)器 可以是獨(dú)立的裝置也可以嵌入到其他水上裝置中，通過電磁波與船載測(cè)量裝置進(jìn)行通信， 水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器安裝于水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)通過聲波與船載測(cè)量裝置進(jìn)行通信。所 述船載無線電收發(fā)器通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心微處理器連接，它監(jiān)聽來自 水上的定位請(qǐng)求和向水上請(qǐng)求定位系統(tǒng)發(fā)送定位結(jié)果；船載水聲收發(fā)器通過數(shù)據(jù)線、地址 線和控制線與控制中心連接，它負(fù)責(zé)監(jiān)聽來自水下的定位請(qǐng)求，需要定位時(shí)在微處理器的 控制下負(fù)責(zé)發(fā)射對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)微處理器完成目標(biāo)信息的估算后由船載水聲收發(fā) 器向水下目標(biāo)發(fā)送定位結(jié)果；陣列信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心微 處理器連接，通過數(shù)據(jù)線和控制線與水聲接收器陣列連接，用于完成接收信號(hào)的預(yù)處理及 D0A、二次混頻信號(hào)頻率和直達(dá)波的時(shí)延估計(jì)；水聲接收器陣列通過控制線與控制中心微處 理器連接，通過數(shù)據(jù)線和控制線與陣列信號(hào)處理器連接，負(fù)責(zé)接收回波信號(hào)；船體姿態(tài)矯正 裝置通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心微處理器連接，用于測(cè)量由于船體的左右和 上下擺動(dòng)所造成的誤差，為船體姿態(tài)矯正提供信息；GPS接收機(jī)通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制 線與控制中心微處理器連接，用于接收由衛(wèi)星和GPS基準(zhǔn)站的信號(hào)，從而確定船在大地坐 標(biāo)系下的位置；微處理器是該裝置的控制中心，它在接到來自船載無線電收發(fā)器和船載水 聲收發(fā)器傳來的定位請(qǐng)求信息后，控制船載水聲收發(fā)器發(fā)射對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)，啟動(dòng)GPS 接收機(jī)、船體姿態(tài)矯正裝置、水聲接收器陣列和陣列信號(hào)處理器工作，當(dāng)這些模塊完成相應(yīng) 的工作后它把陣列信號(hào)處理器提供的D0A、二次混頻信號(hào)頻率和直達(dá)波的往返時(shí)延估計(jì)、船 體姿態(tài)矯正裝置提供的矯正信息以及GPS接收機(jī)提供的船體位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行融合 從而確定水下目標(biāo)的位置和速度信息，再根據(jù)定位請(qǐng)求的來源決定由船載無線電收發(fā)器或 者船載水聲收發(fā)器發(fā)送定位結(jié)果。水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器采用收發(fā)分置的換能器，其中接收換能器通過信號(hào)線與帶通濾波器和信道監(jiān)聽電路連接；發(fā)射換能器與放大器和調(diào)制解調(diào)器連接；信道監(jiān)聽 電路與接收換能器、微處理器連接，它根據(jù)接收換能器所接收的信號(hào)，判斷信道是否有信 號(hào)，如果有則向微處理器發(fā)送信息，由微處理器啟動(dòng)其組成部件工作；信號(hào)檢測(cè)器與放大器 信號(hào)連接，通過控制線與微處理器連接，當(dāng)被檢信號(hào)為對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)時(shí)，信號(hào)檢測(cè)器向 微處理器傳送高電平(或者低電平)信號(hào)，微處理控制放大器對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行放大后 由發(fā)射換能器發(fā)射。當(dāng)被檢信號(hào)不是對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)時(shí)，檢測(cè)器向微處理器傳送低電平 (或者高電平)信號(hào)，微處理器接收調(diào)制解調(diào)器傳送的信息。帶通濾波器與接收換能器、放 大器連接，用于取出特定帶寬的信號(hào)，降低噪聲提供信噪比；放大器與帶通濾波器、微處理 器、調(diào)制解調(diào)器及發(fā)射換能器連接，用于放大信號(hào)；調(diào)制解調(diào)器與微處理器、發(fā)射換能器、放 大器連接，用于調(diào)制和解調(diào)信息。相比現(xiàn)有的技術(shù)來說，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、針對(duì)水聲信道信息傳輸速率低的特點(diǎn)，本發(fā)明不發(fā)送參考系統(tǒng)的信息，而是發(fā) 射一個(gè)對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)，利用其時(shí)頻域特點(diǎn)，通過二次混頻把信號(hào)變成有一個(gè)頻率跳變 點(diǎn)的信號(hào)，跳變后的頻率只與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)，而且信號(hào)頻率跳變時(shí)刻對(duì)應(yīng)為直達(dá)波往 返時(shí)延。工作原理簡(jiǎn)單，同時(shí)由于所估算的是信號(hào)的頻率，克服了長基線定位方法中門限閾 值的影響，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度。2、發(fā)射信號(hào)的優(yōu)良特性使本發(fā)明能像長基線定位系統(tǒng)那樣——通過往返時(shí)延測(cè) 量距離，具有測(cè)量精度高的特點(diǎn)，同時(shí)克服了長基線定位系統(tǒng)對(duì)陣元間距的要求，避免了水 下應(yīng)答器陣的布放和坐標(biāo)確定等繁瑣工作。3、本發(fā)明只在接收到來自水上和水下的定位請(qǐng)求后才工作，當(dāng)沒有來自水上和水 下的定位請(qǐng)求時(shí)，除三個(gè)監(jiān)聽模塊外本發(fā)明的其他部分都處于休眠狀態(tài)，功耗小可延長電 池的壽命。


圖1為本發(fā)明的裝置框圖；圖2為本發(fā)明船載測(cè)量裝置電路原理框圖；圖3為本發(fā)明水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器電路原理框圖；圖4為本發(fā)明水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器接收信號(hào)工作流程圖；圖5為本發(fā)明船載測(cè)量裝置中控制中心的工作流程圖；圖6為本發(fā)明水聲接收器陣列及陣列信號(hào)處理模塊框圖；圖7為本發(fā)明對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)混頻處理的時(shí)頻示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施水上跟蹤式定位方法的流程示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施水下主動(dòng)式定位方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，利用上下掃頻段的對(duì)稱性，通過二 次混頻得到一個(gè)與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度有關(guān)的單頻信號(hào)，而頻率跳變時(shí)刻對(duì)應(yīng)目標(biāo)反射回波的到 達(dá)時(shí)刻，通過頻譜變換可以求得對(duì)應(yīng)頻率fA和頻率跳變時(shí)刻T，利用v = 求得目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，利用r=Mp求得目標(biāo)到船載測(cè)量裝置的距離。下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位裝置由船載測(cè)量裝置AdK 上無線電收發(fā)器B和水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器C組成，船載測(cè)量裝置A通過電磁波信 號(hào)與水上無線電收發(fā)器B進(jìn)行信息傳輸，船載測(cè)量裝置A采用聲信號(hào)與水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的 水聲收發(fā)器C進(jìn)行信息傳輸。其中船載測(cè)量裝置A的功能模塊包括依次連接的定位請(qǐng)求檢 測(cè)模塊5、發(fā)射對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)模塊6、水聲接收器陣列及陣列信號(hào)處理模塊7，無線電收 發(fā)模塊3和水聲收發(fā)模塊4分別接受來自水上和水下的定位請(qǐng)求信號(hào)，并與定位請(qǐng)求檢測(cè) 模塊連接，確定船體位置信息模塊8、船姿態(tài)矯正模塊9、水聲接收器陣列及陣列信號(hào)處理 模塊7、無線電收發(fā)模塊3和水聲收發(fā)模塊4分別與數(shù)據(jù)融合模塊10連接。
如圖2所示，船載測(cè)量裝置的硬件電路主要有微處理21、水聲收發(fā)器22、水聲接收 器陣列23、陣列信號(hào)處理器24、GPS接收機(jī)25、船體姿態(tài)矯正裝置26、無線電收發(fā)器27共 同組成。作為控制中心的微處理器21可為DSP或者M(jìn)CU芯片，它是系統(tǒng)的控制中心，協(xié)調(diào) 各組成部件工作并實(shí)現(xiàn)圖1中的數(shù)據(jù)融合模塊功能；船載水聲收發(fā)器22在微處理器的控制 下實(shí)現(xiàn)定位請(qǐng)求檢測(cè)模塊5、水聲收發(fā)模塊4和發(fā)射對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)模塊6的功能，當(dāng)處 于定位過程時(shí)，它發(fā)射對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)，并把該信號(hào)傳送到水聲接收器陣列和陣列信號(hào) 處理模塊7 ；陣列信號(hào)處理器24可采用FPGA或DSP及其外圍電路實(shí)現(xiàn)，與水聲接收器陣列 23共同完成接收信號(hào)和陣列信號(hào)處理模塊的功能；GPS接收機(jī)25實(shí)現(xiàn)確定船體位置信息模 塊的功能；船體姿態(tài)矯正裝置26實(shí)現(xiàn)船姿態(tài)矯正模塊的功能；無線電收發(fā)器27實(shí)現(xiàn)定位 請(qǐng)求檢測(cè)模塊5和無線電收發(fā)模塊的功能。如圖3所示，水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器的硬件電路包括依次連接的接收換能 器31、帶通濾波器32、放大器33、信號(hào)檢測(cè)器34、微處理器35以及調(diào)制解調(diào)器36、發(fā)射換能 器37、信道監(jiān)聽電路38。其中信道監(jiān)聽電路38用于監(jiān)聽信道的狀態(tài)；信號(hào)檢測(cè)器34與放 大器33和微處理器35連接，用于接收換能器收接收的信號(hào)進(jìn)行頻率檢測(cè)，判斷收接收的信 號(hào)是否為對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)；微處理器35是該部分的控制中心，與信號(hào)檢測(cè)器34、放大器 33以及調(diào)制解調(diào)器36、信道監(jiān)聽電路38連接，它接收信號(hào)檢測(cè)器34的判斷結(jié)果決定確定 信號(hào)類型再做出響應(yīng)。如圖4所示，水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器接收信號(hào)工作流程包括以下步驟(1)由信道監(jiān)聽電路通過接收換能器所接收的信號(hào)監(jiān)聽水聲信道的狀態(tài)，當(dāng)信道 監(jiān)聽電路監(jiān)聽到信道為空閑時(shí)，微處理器不響應(yīng)，繼續(xù)監(jiān)聽信道的狀態(tài)；當(dāng)信道監(jiān)聽電路監(jiān) 聽到信道為忙時(shí)，向微處理器發(fā)送該信息；(步驟41、42)(2)當(dāng)信道為忙時(shí)，微處理器啟動(dòng)帶通濾波器和放大器對(duì)接收換能器的信號(hào)進(jìn)行 預(yù)處理，接著把信號(hào)輸入到信號(hào)檢測(cè)器34，由信號(hào)檢測(cè)器34對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)；(步 驟 43、44)(3)當(dāng)接收的信號(hào)為對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)時(shí)，微處理器控制放大器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行 放大然后由發(fā)射換能器發(fā)送該信號(hào)，清除調(diào)制解調(diào)器中的信息，當(dāng)接收的信號(hào)不是對(duì)稱三 角調(diào)頻信號(hào)時(shí)微處理器接收調(diào)制解調(diào)器的信息，然后微處理器繼續(xù)監(jiān)聽信道的狀態(tài)。(步驟 44、45、46)
如圖5所示，船載測(cè)量裝置中控制中心的工作流程包括以下步驟(1)啟動(dòng)船載無線電收發(fā)器和船載水聲收發(fā)器，分別監(jiān)聽水上和水下的定位請(qǐng)求； 步驟so)(2)當(dāng)船載無線電收發(fā)器或者船載水聲收發(fā)器收到來自水上或者水下的定位請(qǐng)求 信號(hào)后把該信息傳送到控制中心微處理器，微處理器啟動(dòng)船載水聲收發(fā)器向水下發(fā)射對(duì)稱 三角調(diào)頻信號(hào)，接著啟動(dòng)GPS接收機(jī)、船姿態(tài)矯正裝置、水聲接收器陣列以及陣列信號(hào)處理 器；(步驟 51、52、53、54、55)(3)GPS接收機(jī)提供船體位置信息，由于船體的擺動(dòng)等會(huì)對(duì)船載測(cè)量裝置的位置造 成一定的影響，船姿態(tài)矯正裝置將提供船體位置的矯正信息，陣列信號(hào)處理器提供信號(hào)的 來波方向、往返時(shí)延以及二次混頻后的頻率信息，控制中心微處理器接收這些信息并進(jìn)行 數(shù)據(jù)融合，從而確定水下目標(biāo)的位置和速度；(步驟52、53、54、55、56)(4)控制中心微處理器根據(jù)請(qǐng)求定位的來源，如果是來自水上的無線電請(qǐng)求則利用船載無線電收發(fā)器發(fā)送水下目標(biāo)的位置和速度信息，如果定位請(qǐng)求來自水下則利用船載 水聲收發(fā)器發(fā)送水下目標(biāo)的位置信息。(步驟57、58、59)如圖6所示，水聲接收器陣列及陣列信號(hào)處理模塊主要由含N個(gè)陣元的水聲接收 器陣列61、N個(gè)帶通濾波器62、N個(gè)放大器63、N路A/D轉(zhuǎn)換器64_1、陣列信號(hào)處理器65、 發(fā)射信號(hào)66、低通濾波器67_1、延時(shí)T/2電路69、高通濾波器67_2、A/D轉(zhuǎn)換器64_2組成， 其中N個(gè)帶通濾波器62取出特定頻帶的信號(hào)以降低噪聲，提高信噪比；由于所收到的信號(hào) 幅度較小，不利于進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換因此把信號(hào)通過放大器63后再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；陣列信號(hào)處 理器可采用DSP或者FPGA實(shí)現(xiàn)，它首先利用水聲接收器陣列接收信號(hào)，根據(jù)各陣元接收信 號(hào)的相位差進(jìn)行直達(dá)波和界面反射回波的DOA估計(jì)65_1，接著利用DOA信息調(diào)整各陣元的 權(quán)值，使直達(dá)波對(duì)準(zhǔn)波束主瓣而在界面反射回波方向上形成零陷，最后估計(jì)二次混頻信號(hào) 的頻率及其頻率跳變時(shí)刻頻率差和往返時(shí)延τ。水聲接收器陣列及陣列信號(hào)處理器的工作流程圖如圖6所示，具體工作流程如 下(1)水聲接收器陣列和陣列信號(hào)處理器在收到船載測(cè)量裝置控制中心微處理器發(fā) 出的啟動(dòng)命令后，開始接收信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理。(2)由于兩點(diǎn)之間直線的距離最短，因此直達(dá)波最早達(dá)到水聲接收器陣列。如果系 統(tǒng)所發(fā)射的信號(hào)為窄帶信號(hào)，則可以使用MUSIC等常用的DOA估算算法估計(jì)直達(dá)波和界面 反射回波的來波方向，利用DOA信息調(diào)整水聲接收器陣列中各陣元對(duì)應(yīng)的權(quán)值使得水聲接 收器陣列在直達(dá)波到達(dá)方向上形成波束，在界面反射回波方向上形成零陷。保持各傳感器 所對(duì)應(yīng)的權(quán)值，使得傳感器陣列形成的波束對(duì)準(zhǔn)直達(dá)波到來的方向，從而抑制多徑干擾，提 高信噪比。(3)水聲接收器陣列加權(quán)求和后的信號(hào)與船載水聲收發(fā)器所發(fā)送的對(duì)稱三角調(diào)頻 信號(hào)進(jìn)行混頻，通過低通濾波器得到兩者的頻率差?；祛l處理后低頻段的時(shí)頻圖如圖7所 示，由于多普勒的影響，直達(dá)波的上掃頻段和下掃頻段信號(hào)與發(fā)射信號(hào)混頻后的信號(hào)經(jīng)過 低通濾波器后仍為線性調(diào)頻信號(hào)，精確的頻譜估計(jì)比較困難。(4)線性調(diào)頻信號(hào)為非平穩(wěn)信號(hào)，其參數(shù)估計(jì)比較困難，為了得到單個(gè)頻率的信 號(hào)，本發(fā)明把混頻后的上掃頻段信號(hào)延時(shí)f后再與混頻后的下掃頻信號(hào)進(jìn)行二次混頻，在通過高通濾波器取出其頻率較高的分量，而該分量是一個(gè)單頻信號(hào)，該信號(hào)的頻率就是式(6)
的頻率差。(5)利用C. Yang, G. Wei, and F. J. Chen等人發(fā)表的題為“擴(kuò)展的自相關(guān)頻率估計(jì) 器，，("An Estimation-Range Extended Autocorrelation-Based Frequency Estimator，，， Journal on Advances in Signal Processing, vol. 2009, Article ID 961938,2009. doi 10. 1155/2009/961938.)所提出的頻率估算方法構(gòu)建頻率估計(jì)器，對(duì)二次混頻信號(hào)分段進(jìn) 行頻率估計(jì)。(6)陣列信號(hào)處理器接收頻率估計(jì)器的計(jì)算結(jié)果，如果信號(hào)的頻率是一個(gè)時(shí)變量， 則認(rèn)為該信號(hào)為直達(dá)波到達(dá)前的信號(hào)；當(dāng)信號(hào)的頻率為一個(gè)常數(shù)可認(rèn)為接收的信號(hào)中包含 直達(dá)波信號(hào)，該常數(shù)與目標(biāo)的速度有關(guān)，根據(jù)頻率估計(jì)器估算結(jié)果來確定發(fā)射信號(hào)與接收 信號(hào)的時(shí)間差τ。(7)陣列信號(hào)處理器把估算的直達(dá)波來波方向角θ、頻率和回波往返時(shí)延估算結(jié) 果傳送到控制中心微處理器。 上述基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法有兩種工作方式，一種是水上跟蹤式 定位方法，如圖8所示，包括以下步驟(1)當(dāng)水上系統(tǒng)(在海面、岸上或者是空中具有無線電收發(fā)器二功能的系統(tǒng))需要 了解水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由水上無線電收發(fā)器發(fā)射無線電信號(hào)向船載測(cè)量裝置發(fā)送定 位請(qǐng)求；(步驟81)(2)船載測(cè)量裝置上的無線電收發(fā)器接收水上系統(tǒng)所發(fā)送的定位請(qǐng)求信號(hào)后把該 信息傳到控制中心微處理器，微處理器控制船載水聲收發(fā)器發(fā)送對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)，啟動(dòng) 水聲接收器陣列和陣列信號(hào)處理器、GPS接收機(jī)、船體姿態(tài)矯正裝置；(步驟82)(3)船載測(cè)量裝置的微處理器利用GPS接收機(jī)工作確定船體的三維坐標(biāo)，利用船 體姿態(tài)矯正裝置提供的矯正信息減小船的搖擺等對(duì)船體位置造成影響，利用陣列信號(hào)處理 器提供的來波方向、頻率和回波往返時(shí)延估算水下目標(biāo)相對(duì)測(cè)量裝置的位置和速度，然后 進(jìn)行數(shù)據(jù)融合從而確定水下目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和速度；(步驟83)(4)控制中心微處理器把步驟83的處理結(jié)果——水下目標(biāo)的速度和位置信息通 過船載無線電收發(fā)器發(fā)送給水上請(qǐng)求定位系統(tǒng)。(步驟84)上述定位方法另一種工作方式是水下主動(dòng)式定位方法，即水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主動(dòng)發(fā)出 定位請(qǐng)求，船載測(cè)量裝置把定位結(jié)果通過水聲信道傳送給水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)從而實(shí)現(xiàn)水下主動(dòng) 式定位，如圖9所示，包括以下步驟(1)當(dāng)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)需要了解自身的位置信息時(shí)，通過水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收 發(fā)器向船載測(cè)量裝置發(fā)送水聲定位請(qǐng)求信號(hào)；(步驟91)(2)船載測(cè)量裝置上的水聲收發(fā)器在收到水聲收發(fā)器發(fā)送的信號(hào)后把水下定位請(qǐng) 求信息傳到控制中心微處理器，微處理器控制船載水聲收發(fā)器發(fā)送對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)，啟 動(dòng)水聲接收器陣列和陣列信號(hào)處理器、GPS接收機(jī)、船體姿態(tài)矯正裝置；(步驟92)(3)船載測(cè)量裝置的微處理器利用GPS接收機(jī)工作確定船體的三維坐標(biāo)，利用船 體姿態(tài)矯正裝置提供的矯正信息減小船的搖擺等對(duì)船體位置造成影響，利用陣列信號(hào)處理 器提供的來波方向、頻率和回波往返時(shí)延估算水下目標(biāo)相對(duì)測(cè)量裝置的位置和速度，然后 進(jìn)行數(shù)據(jù)融合從而確定水下目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和速度；(步驟93)
(4)控制中心微處理器把步驟93得到的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置信息通過船載水聲收發(fā)器發(fā)送給水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。(步驟94)本發(fā)明只在接收到來自水上和水下的定位請(qǐng)求后才工作，當(dāng)沒有來自水上和水下 的定位請(qǐng)求時(shí)，只有三個(gè)監(jiān)聽模塊——船載無線電收發(fā)器和船載水聲收發(fā)器以及水下運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)上的水聲收發(fā)器的信道監(jiān)聽電路處于工作狀態(tài)，其他都處于休眠狀態(tài)，功耗小可延長 電池的壽命。由于船載無線電收發(fā)器和船載水聲收發(fā)器不斷監(jiān)聽來自水上和水下的定位請(qǐng) 求，使本裝置能迅速響應(yīng)來自水上和水下的定位導(dǎo)航請(qǐng)求。
權(quán)利要求
一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航方法，其特征在于包括以下步驟(1)船載水聲收發(fā)器向水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s(t)，安裝于水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器對(duì)所接收到信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)；所述對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s(t)其中B’、f0、T分別為信道帶寬、調(diào)頻的中心頻率、掃頻周期，A和為信號(hào)幅度和初始相位，所發(fā)射調(diào)頻信號(hào)的頻率f為(2)船載測(cè)量裝置上的水聲接收器陣列接收回波信號(hào)，利用陣列信號(hào)處理器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，估計(jì)直達(dá)波和界面反射回波的來波方向；(3)利用來波方向信息調(diào)整水聲接收器陣列中各陣元的權(quán)值，使波束主瓣對(duì)準(zhǔn)直達(dá)波，而在界面反射回波到達(dá)方向上形成零陷；加權(quán)處理后水聲接收器陣列的輸出信號(hào)Sr(t)為其中Kr為衰減因子；若聲波在水中的傳播速度為c，目標(biāo)距離測(cè)量系統(tǒng)為r處并以徑向速度為v運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離測(cè)量系統(tǒng)的速度為正，測(cè)量系統(tǒng)回波往返時(shí)延為τ，則將其代入Sr(t)，接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行混頻，經(jīng)低通濾波器后取出頻率較低部分得到SI(t)把上掃頻段混頻得到的低頻分量延時(shí)后與下掃頻段混頻得到的低頻分量再次進(jìn)行混頻，把非平穩(wěn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)單頻信號(hào)，其頻率f0、B、c已知，信號(hào)的頻率只與水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)；而頻率跳變時(shí)刻與測(cè)量系統(tǒng)到目標(biāo)的距離關(guān)系得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的位置(4)船載測(cè)量裝置利用GPS接收機(jī)確定自身的大地坐標(biāo)，通過系統(tǒng)上的船體姿態(tài)矯正裝置提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行自身位置矯正，然后通過數(shù)據(jù)融合確定水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；實(shí)現(xiàn)船載測(cè)量裝置對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主動(dòng)式定位。FSA00000162012100011.tif,FSA00000162012100012.tif,FSA00000162012100013.tif,FSA00000162012100014.tif,FSA00000162012100015.tif,FSA00000162012100016.tif,FSA00000162012100017.tif,FSA00000162012100021.tif,FSA00000162012100022.tif,FSA00000162012100023.tif,FSA00000162012100024.tif,FSA00000162012100025.tif,FSA00000162012100026.tif,FSA00000162012100027.tif
2. 一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航方法，其特征在于包括以下步驟(1)由水上的無線電收發(fā)器通過電磁波向船載無線電收發(fā)器定位請(qǐng)求，船載無線電收 發(fā)器把該請(qǐng)求傳送給船載測(cè)量裝置上的微處理器；所述對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s(t)為 其中，B’、fO、T分別為信道帶寬、調(diào)頻的中心頻率、掃頻周期，A和p為信號(hào)幅度和 初始相位，所發(fā)射調(diào)頻信號(hào)的頻率f為 .0纖船載水聲收發(fā)器向水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)S (t)，安裝于水下運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)上的水聲收發(fā)器對(duì)所接收到信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)；(2)船載測(cè)量裝置上的水聲接收器陣列接收回波信號(hào)，利用陣列信號(hào)處理器對(duì)接收信 號(hào)進(jìn)行處理，估計(jì)直達(dá)波和界面反射回波的來波方向；(3)利用來波方向信息調(diào)整水聲接收器陣列中各陣元的權(quán)值，使波束主瓣對(duì)準(zhǔn)直達(dá)波， 而在界面反射回波到達(dá)方向上形成零陷；加權(quán)處理后水聲接收器陣列的輸出信號(hào)Sjt)為 . 0其他其中&為衰減因子；若聲波在水中的傳播速度為c，目標(biāo)距離測(cè)量系統(tǒng)為r處并以徑向速度為v運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離 測(cè)量系統(tǒng)的速度為正，測(cè)量系統(tǒng)回波往返時(shí)延為T，貝lJr = 2(r + Vt)，將其代入Sr (t)，接收fiC號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行混頻，經(jīng)低通濾波器后取出頻率較低部分得到&(0 把上掃頻段混頻得到的低頻分量延時(shí)i后與下掃頻段混頻得到的低頻分量再次進(jìn)行混 頻，把非平穩(wěn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)單頻信號(hào)，其頻率厶=4(/Q -灼f，&、B、c已知，信號(hào)的頻率只 與水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)；頻率跳變時(shí)刻與測(cè)量系統(tǒng)到目標(biāo)的距離關(guān)系t = ^^，得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度^；-i ，目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的位置〃 二1^^ ； (4)船載測(cè)量裝置利用GPS接收機(jī)確定自身的大地坐標(biāo)，通過系統(tǒng)上的船體姿態(tài)矯正 裝置提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行自身位置矯正，然后通過數(shù)據(jù)融合確定水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下 的坐標(biāo)；3船載測(cè)量裝置通過船載無線電收發(fā)器把水下目標(biāo)的位置和速度信息以電磁波的方式 發(fā)送到水上無線電收發(fā)器；實(shí)現(xiàn)船載測(cè)量裝置對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主動(dòng)式定位和從水上、海面、 岸上或者是空中對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
3. 一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航方法，其特征在于包括以下步驟(1)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器向船載測(cè)量裝置發(fā)送定位請(qǐng)求信息；船載水聲收發(fā) 器向水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s (t)，安裝于水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器 對(duì)所接收到信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)；所述對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s(t)為 其中、fO、T分別為信道帶寬、調(diào)頻的中心頻率、掃頻周期，A和為信號(hào)幅度和 初始相位，所發(fā)射調(diào)頻信號(hào)的頻率f為 船載水聲收發(fā)器向水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)S (t)，安裝于水下運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)上的水聲收發(fā)器對(duì)所接收到信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)；(2)船載測(cè)量裝置上的水聲接收器陣列接收回波信號(hào)，利用陣列信號(hào)處理器對(duì)接收信 號(hào)進(jìn)行處理，估計(jì)直達(dá)波和界面反射回波的來波方向；(3)利用來波方向信息調(diào)整水聲接收器陣列中各陣元的權(quán)值，使波束主瓣對(duì)準(zhǔn)直達(dá)波； 加權(quán)處理后水聲接收器陣列的輸出信號(hào)Sjt)為 其中&為衰減因子；若聲波在水中的傳播速度為C，目標(biāo)距離測(cè)量系統(tǒng)為r處并以徑向速度為V運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離 測(cè)量系統(tǒng)的速度為正，測(cè)量系統(tǒng)回波往返時(shí)延為t，則T = 2(r + Vt)，將其代入Sr(t)，接收 信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行混頻，經(jīng)低通濾波器后取出頻率較低部分得到sjt) 把上掃頻段混頻得到的低頻分量延時(shí)f后與下掃頻段混頻得到的低頻分量再次進(jìn)行混 頻，把非平穩(wěn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)單頻信號(hào)，其頻率/A = 4(/0 - B)^，f0> B、c已知，信號(hào)的頻率只與水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)；而頻率跳變時(shí)刻與測(cè)量系統(tǒng)到目標(biāo)的距離關(guān)系T=^^， 得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度v，目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的位置〃 二1^力；(4)船載測(cè)量裝置利用GPS接收機(jī)確定自身的大地坐標(biāo)，通過系統(tǒng)上的船體姿態(tài)矯正 裝置提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行自身位置矯正，然后通過數(shù)據(jù)融合確定水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下 的坐標(biāo)；實(shí)現(xiàn)船載測(cè)量裝置對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主動(dòng)式定位；船載測(cè)量裝置通過自身的水下收 發(fā)器把水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置信息以超聲波的方式發(fā)送給運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)主動(dòng)式定 位導(dǎo)航。
4.一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航裝置，其特征在于包括船載測(cè)量裝置——安裝船體姿態(tài)矯正裝置、水上無線電收發(fā)器、陣列信號(hào)處理器、GPS 接收機(jī)、微處理器；船體姿態(tài)矯正裝置——通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心微處理器連接，用于 測(cè)量由于船體的左右和上下擺動(dòng)所造成的誤差，為船體姿態(tài)矯正提供信息；水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器——通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心連接，它 負(fù)責(zé)監(jiān)聽來自水下的定位請(qǐng)求，定位時(shí)在微處理器的控制下負(fù)責(zé)發(fā)射對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)， 當(dāng)微處理器完成目標(biāo)信息的估算后由船載水聲收發(fā)器向水下目標(biāo)發(fā)送定位結(jié)果；水聲接 收器陣列通過控制線與控制中心微處理器連接，通過數(shù)據(jù)線和控制線與陣列信號(hào)處理器連 接，負(fù)責(zé)接收回波信號(hào)；水上無線電收發(fā)器——是獨(dú)立的裝置或嵌入到其他水上裝置中，通過電磁波與船載測(cè) 量裝置進(jìn)行通信；通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心微處理器連接，它監(jiān)聽來自水上 的定位請(qǐng)求和向水上請(qǐng)求定位系統(tǒng)發(fā)送定位結(jié)果；陣列信號(hào)處理器——通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心微處理器連接，通過數(shù) 據(jù)線和控制線與水聲接收器陣列連接，用于完成接收信號(hào)的預(yù)處理及D0A、二次混頻信號(hào)頻 率和直達(dá)波的時(shí)延估計(jì)；GPS接收機(jī)——通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與控制中心微處理器連接，用于接收由衛(wèi) 星和GPS基準(zhǔn)站的信號(hào)，從而確定船在大地坐標(biāo)系下的位置；微處理器——在接到來自船載無線電收發(fā)器和船載水聲收發(fā)器發(fā)來的定位請(qǐng)求信息 后，控制船載水聲收發(fā)器發(fā)射對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)，啟動(dòng)GPS接收機(jī)、船體姿態(tài)矯正裝置、水 聲接收器陣列和陣列信號(hào)處理器工作，當(dāng)這些模塊完成相應(yīng)的工作后它把陣列信號(hào)處理器 提供的D0A、二次混頻信號(hào)頻率和直達(dá)波的時(shí)延估計(jì)、船體姿態(tài)矯正裝置提供的矯正信息以 及GPS接收機(jī)提供的船體位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行融合從而確定水下目標(biāo)的位置和速度信 息，再根據(jù)定位請(qǐng)求的來源決定由船載無線電收發(fā)器或者船載水聲收發(fā)器發(fā)送定位結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器采用收發(fā) 分置的換能器，其中接收換能器通過信號(hào)線與帶通濾波器和信道監(jiān)聽電路連接；發(fā)射換能 器與放大器和調(diào)制解調(diào)器連接；信道監(jiān)聽電路與接收換能器、微處理器連接，它根據(jù)接收換 能器所接收的信號(hào)，判斷信道是否有信號(hào)，如果有則向微處理器發(fā)送信息，由微處理器啟動(dòng) 其組成部件工作；信號(hào)檢測(cè)器與放大器信號(hào)連接，通過控制線與微處理器連接，當(dāng)被檢信號(hào) 為對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)時(shí)，信號(hào)檢測(cè)器向微處理器傳送高電平或者低電平信號(hào)，微處理控制 放大器對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行放大后由發(fā)射換能器發(fā)射；當(dāng)被檢信號(hào)不是對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)時(shí)，檢測(cè)器向微處理器傳送低電平或者高電平信號(hào)，微處理器接收調(diào)制解調(diào)器傳送的信息； 帶通濾波器與接收換能器、放大器連接，用于取出特定帶寬的信號(hào)，降低噪聲提供信噪比； 放大器與帶通濾波器、微處理器、調(diào)制解調(diào)器及發(fā)射換能器連接，用于放大信號(hào)；調(diào)制解調(diào) 器與微處理器、發(fā)射換能器、放大器連接，用于調(diào)制和解調(diào)信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航方法，包括(1)船載水聲收發(fā)器向水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)對(duì)稱三角調(diào)頻信號(hào)s(t)；(2)船載測(cè)量裝置上的水聲接收器陣列接收回波信號(hào)；(3)利用來波方向信息調(diào)整水聲接收器陣列中各陣元的權(quán)值；(4)船載測(cè)量裝置確定水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；一種基于頻譜變換的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位導(dǎo)航裝置主要由船載測(cè)量裝置、船體姿態(tài)矯正裝置、水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的水聲收發(fā)器、水上無線電收發(fā)器、陣列信號(hào)處理器、GPS接收機(jī)、微處理器構(gòu)成。本發(fā)明不僅能從水上(海面、岸上或者是空中)對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位，還能實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)的自動(dòng)化定位與導(dǎo)航。
文檔編號(hào)G01S15/42GK101872020SQ20101020466
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者張軍, 陳燦芬, 韋崗 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)