單水聽器自由場被動測距方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明設及一種測距方法。
【背景技術】
[0002] 對水下目標進行被動測距是水聲信號處理領域的熱點問題之一。經典的水下被動 測距方法主要包括方位法和時差法（田坦.聲納技術（第二版）.哈爾濱工程大學出版社， 2010.毛衛(wèi)寧.水下被動定位方法回顧與展望.東南大學學報，2001; 31 (6): 129-132.)。方位 法使用二個或二個W上的水聽器子陣，每個水聽器子陣對目標進行測角，利用各自所測角 度計算出目標所在距離。但是，方位法要求水聽器子陣之間的間距較大，且測距誤差也較 大。時差法的基本原理即Ξ元定位法，使用Ξ個水聽器或Ξ個水聽器子陣采集目標福射信 號，通過估計水聽器或子陣之間的兩兩時延差來被動估計目標距離（田坦.聲納技術(第二 版）.哈爾濱工程大學出版社，2010.)。為了獲得較高的測距精度，時差法要求水聽器或子陣 之間的間距足夠大，運容易受到水下平臺有限表面空間的限制而難W布陣。即便可W進行 大間距布陣，也面臨著聲場相關性變差而導致精確時延估計難W實現的問題。
[0003]此外，在波導環(huán)境中，單水聽器可W結合水下聲場傳播特性進行被動測距（毛衛(wèi) 寧.水下被動定位方法回顧與展望.東南大學學報，2001;31 (6):129-132.李礙，方世良，安 良.非合作水聲脈沖信號的單水聽器匹配場定位研究.電子與信息學報，2012:34(11): 2541-2547.李礙，方世良，安良.基于頻散特征的單水聽器模式特征提取及距離深度估計研 究.物理學報，2013;62(9): 094303-1-094303-10.)。然而，運些方法僅能夠在水下波導環(huán)境 中使用，并且需要結合波導環(huán)境下聲場的特殊結構，在自由場環(huán)境中幾乎不可用。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供一種單水聽器在自由場中進行被動測距的 方法，利用目標信號中的不同離散頻率分量具有不同相移運一特點，沿著距離為進行波束 形成，通過捜索距離維波束形成的主瓣峰值位置來被動估計目標距離。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括W下步驟：
[0006] 1)W單個水聽器為坐標原點，使用該水聽器采集目標信號，從采集的目標信號中 提取N組離散頻率分量，第η組離散頻率分1巧包含Ln個分量，其中，<"代表第η組 中第1。個離散頻率分量；
[0007] Ν組離散頻率分量覆蓋的頻段范圍均相同，其組內Ln個分量上對應的頻率值形成 等差數列，Ln個頻率值表示為LnX1維列向量fn，
對應的頻率公差為Δf。， /2。'-乂。二巧一/占.=.4f?，各組的頻率公差不相等，即Afn辛Afm，m=l，2,…，N，m辛η; [000引2)對腺且離散頻率分量進行處理，獲得距離維波束形成輸出，包括W下內容：
[0009] 首先，利用離散頻率分量Χη來構建協方差矩陣Rn，R。=Χ,,Χ;1
[0010] 其次，針對第η組離散頻率分量，構建距離維掃描向量
其中， r為變化的距離值;設計LnX1維的加權向量Wn(：r)=AnΘan(:r)，其中，An為幅度加權向量，曰 為Hadam曰rdfK;
[0011] 然后，采用距離維加權向量Wn(r)沿著距離維進行掃描，得到距離維波束形成輸 出，其中，第η組離散頻率分量所獲得的距離維波束形成輸出
[0012] 最后，將Ν組距離維波束形成輸出進行疊加，獲得最終的距離維波束形成輸出
[0013] 本發(fā)明的有益效果是:利用單水聽器采集目標信號，提取信號中的多組離散頻率 分量，通過對多組離散頻率分量進行距離維波束形成和進一步的波束輸出結果疊加處理， 獲得最終的距離維波束形成并通過捜索峰值獲得測距結果。本發(fā)明突破了傳統方法中單水 聽器在自由場無法進行被動測距的難題，為被動測距提供了新的思路。
[0014] 本發(fā)明的基本原理經過了理論推導，實施方案經過了計算機數值仿真的驗證，其 結果表明本發(fā)明提出的方法可W利用單水聽器在自由場環(huán)境中進行被動測距。
【附圖說明】
[0015] 圖1是單水聽器自由場被動測距的坐標系統示意圖，其中空屯、圓代表單水聽器；
[0016] 圖2是本發(fā)明中所設及步驟的主要流程圖；
[0017] 圖3是處理第η組離散頻率分量，獲得對應的距離維波束形成輸出的流程圖；
[0018] 圖4是實施實例的輸出結果示意圖，其中，（a)是處理第1組離散頻率分量所獲得的 距離維波束形成輸出結果示意圖；（b)是處理第10組離散頻率分量所獲得的距離維波束形 成輸出結果示意圖；
[0019] 圖5是實施實例中最終的距離維波束形成輸出結果示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施 例。
[0021] 本發(fā)明的主要內容有：
[0022] 1.利用單水聽器采集目標信號，提取目標信號中的N組離散頻率分量，每組離散頻 率分量上的頻率值形成等差數列，且各組的頻率公差不相等。
[0023] 2.對N組離散頻率分量進行距離維波束形成，獲得N組距離維波束形成輸出。將N組 距離維波束形成輸出進行求和，獲得最終的距離維波束形成輸出，通過尋找主瓣峰值位置 來被動估計目標距離。
[0024] 3.通過計算機仿真，給出了本發(fā)明所提方法的被動測距結果，通過被動測距結果 檢驗了本發(fā)明中所提的單水聽器自由場被動測距方法的有效性。
[0025] 本發(fā)明解決現存問題所采用的技術方案可分為W下2個步驟：
[0026] 1)利用單水聽器被動接收目標信號，提取目標信號中的N組離散頻率分量。每組離 散頻率分量覆蓋的頻率范圍相等，每組內的頻率值形成等差數列。第η(η=1，2，···，Ν)組離 散頻率分量的頻率公差設為Δfn，且各組的頻率公差不相等。
[0027] 2)對N組離散頻率分量進行距離維波束形成。W第η組離散頻率分量為例，針對其 中離散頻率分量設計加權向量并進行加權求和，達到距離維波束形成的效果，獲得不同距 離上的波束輸出。Ν組離散頻率分量總共獲得Ν組波束輸出。將Ν組波束輸出進行求和，獲得 最終的距離維波束形成輸出，通過尋找主瓣峰值位置來被動估計目標距離。<