一種混沌水聲定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聲納定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混純水聲定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲納技術(shù)是利用聲波對水下目標進行定位、探測、識別和跟蹤，廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng) 域和民用領(lǐng)域。利用自身主動發(fā)射聲波，依據(jù)接收的目標反射的回波來探測水中目標的技 術(shù)稱為主動聲納技術(shù)，但其在對目標進行探測的同時也容易暴露自身的位置，容易被敵方 識別和攻擊，故隱蔽性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種混沌水聲定位方法，采用發(fā)射與海洋背景噪聲相似的 混沌探測信號，克服主動聲納隱蔽性差的缺點。同時與相應(yīng)的混沌匹配濾波器結(jié)合，有效地 減小了干擾的影響，提高了定位精度。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種混沌水聲定位方法，脈沖式發(fā)射基于混雜系統(tǒng) 產(chǎn)生的混沌探測信號，采用一個發(fā)射機和兩個接收機分開布置的雙基地聲納，
[0005] 第一個接收機與發(fā)射機位于同一發(fā)射基地，該發(fā)射基地發(fā)送探測信號的同時也接 收目標反射的回波信號；發(fā)射基地將掃描式接收的目標反射回波信號經(jīng)過第一混沌匹配濾 波器，其輸出信號與原混沌探測信號經(jīng)過第二混沌匹配濾波器后的信號再進行傳統(tǒng)匹配濾 波和脈沖積累，進而估算發(fā)射基地與掃描到的目標之間的距離；
[0006] 位于接收基地的第二個接收機同時掃描式接收目標反射的回波信號和定向接收 發(fā)射基地通過直傳通道發(fā)送來的混沌探測信號，這兩個信號分別經(jīng)過第三混沌匹配濾波 器、第四混沌匹配濾波器，再進行傳統(tǒng)匹配濾波和脈沖累計，估算接收基地接收的目標反射 的回波信號與直傳信號之間的時延，再根據(jù)直傳通道距離L和水中聲速C，進而估算出發(fā)射 基地到目標再到接收基地的距離；
[0007] 最后，根據(jù)發(fā)射基地與掃描到的目標之間的距離、發(fā)射基地到目標再到接收基地 的距離，同時再借助信號接收方位角，實現(xiàn)對目標的定位。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是，能夠在多徑嚴重的淺海水聲信道中實現(xiàn)對目標的二維定 位，具體優(yōu)點在于：
[0009] 1)采用發(fā)射基于混雜系統(tǒng)產(chǎn)生的寬頻混沌探測信號，由于混沌信號類似于海洋的 背景噪聲，具有難于預(yù)測的特點，所以被探測的目標不易發(fā)現(xiàn)其附近存在聲納，這樣就提高 了主動聲納的隱蔽性。同時，混沌信號對海洋生物的影響小，故具有良好的環(huán)境兼容性。
[0010] 2)采用相應(yīng)的混沌匹配濾波器，有效地減少了傳統(tǒng)匹配濾波器在多徑嚴重的淺海 水聲信道中出現(xiàn)的副峰超過主峰的現(xiàn)象，具有更好的抵抗多徑和噪聲的性能，提高了目標 定位的精度。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明方法所用的雙基地聲納幾何關(guān)系；
[0012] 圖2是本發(fā)明方法采用的目標定位原理圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明方法實施例采用的基頻為800Hz時，時間長度0. 12s的混沌信號波 形；
[0014] 圖4是本發(fā)明方法所用的混沌探測信號的相平面圖；
[0015] 圖5是本發(fā)明方法實施例采用的發(fā)射基地脈沖式發(fā)射混沌探測信號；
[0016] 圖6是本發(fā)明方法實施例中發(fā)射基地掃描式接收目標反射的回波信號；
[0017] 圖7是本發(fā)明方法實施例中發(fā)射的混沌探測信號經(jīng)過混沌匹配濾波器的波形；
[0018] 圖8是本發(fā)明方法實施例中發(fā)射基地掃描式接收目標反射的回波信號經(jīng)過混沌 匹配濾波器的波形；
[0019] 圖9是本發(fā)明方法實施例中發(fā)射基地掃描式接收目標反射的回波信號經(jīng)過兩次 匹配濾波和脈沖積累后的波形；
[0020] 圖10是本發(fā)明方法實施例中接收基地掃描式接收目標反射的回波經(jīng)過混沌匹配 濾波器的波形；
[0021] 圖11是本發(fā)明方法實施例中接收基地定向接收的直傳信號經(jīng)過混沌匹配濾波器 的波形；
[0022] 圖12是本發(fā)明方法實施例中接收基地掃描式接收目標反射的回波經(jīng)過混沌匹配 濾波器和傳統(tǒng)匹配濾波的波形；
[0023] 圖13為本發(fā)明方法實施例中接收基地定向接收的直傳信號經(jīng)過混沌匹配濾波 器、傳統(tǒng)匹配濾波器和脈沖積累后的波形；
[0024] 圖14為本發(fā)明方法實施例中接收基地定向接收的直傳信號只經(jīng)過傳統(tǒng)匹配濾波 器和脈沖積累后的波形；
[0025] 圖15為本發(fā)明方法實施例采用的分別脈沖式發(fā)射傳統(tǒng)探測信號和其他混沌探測 信號時，接收基地定向接收的直傳信號經(jīng)過傳統(tǒng)匹配濾波器、脈沖積累后的波形；
[0026] 圖16為本發(fā)明方法實施例采用的基于混雜系統(tǒng)產(chǎn)生的基頻為800Hz的混沌信號 和其他信號的400次測量的距離平均相對誤差比較；
[0027] 圖17為本發(fā)明方法實施例采用的基于混雜系統(tǒng)產(chǎn)生的基頻為1000Hz的混沌信號 和其他信號的400次測量的距離平均相對誤差比較；
[0028] 圖18為本發(fā)明方法實施例采用的基于混雜系統(tǒng)產(chǎn)生的基頻為1600Hz的混沌信號 和其他信號的400次測量的距離平均相對誤差比較；
[0029] 圖19為本發(fā)明方法實施例采用的基于混雜系統(tǒng)產(chǎn)生的基頻為2000Hz的混沌信號 和其他信號的400次測量的距離平均相對誤差比較。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031] 本發(fā)明的混沌水聲定位方法，針對主動聲納因發(fā)射探測信號造成隱蔽性差的缺 點，提供一種基于特定混沌信號的水聲定位方法，該方法是脈沖式發(fā)射基于混雜系統(tǒng)產(chǎn)生 的混沌探測信號，采用一個發(fā)射機和兩個接收機分開布置的雙基地聲納，其幾何關(guān)系如 圖1所示，其中T/R代表發(fā)射基地，其坐標為（-900, 0)，具有一個發(fā)射機和一個接收機， 它能夠同時掃描式發(fā)射混沌信號和接收目標反射的回波信號；R代表接收基地，其坐標為 (900, 0)，具有一個接收機，能夠掃描式接收經(jīng)目標反射的回波信號；Q表示水下待探測的 目標，其坐標為（100, 40)。
[0032] 如圖2所示，為目標定位原理圖。首先，發(fā)射基地接收機將掃描式接收的目標反射 回波信號經(jīng)過第一混沌匹配濾波器（混沌匹配濾波1)，其輸出信號與原混沌探測信號經(jīng)過 第二混沌匹配濾波器（混沌匹配濾波2)后的輸出信號進行傳統(tǒng)匹配濾波器一（傳統(tǒng)匹配 濾波1)和脈沖積累，進而估算發(fā)射基地與掃描到的目標之間的距離；然后，接收基地掃描 式接收目標反射的回波信號和定向接收直傳信號，這兩個信號分別經(jīng)過第三混沌匹配濾波 器（混沌匹配濾波3)和第四混沌匹配濾波器（混沌匹配濾波4)，再將這兩個混沌匹配濾波 器的輸出經(jīng)過傳統(tǒng)匹配濾波器二（傳統(tǒng)匹配濾波2)和脈沖累計，估算接收基地接收的目標 反射的回波信號與直傳信號之間的時延，再根據(jù)直傳通道距離L和水中聲速c，進而估算出 發(fā)射基地到目標再到接收基地的距離；最后，根據(jù)發(fā)射基地與掃描到的目標之間的距離、發(fā) 射基地到目標再到接收基地的距離，同時借助信號接收方位角，實現(xiàn)對目標的定位。
[0033] 本發(fā)明的混沌水聲定位方法，基于上述的原理，具體按照以下步驟實施：
[0034] 步驟1、生成混沌探測信號
[0035] 采用式（1)的混雜系統(tǒng)生成所要發(fā)射的混沌信號：
[0036] M - 2β? + (co + β J(u - ) = 0, (I)
[0037] 其中，u為混純信號，參數(shù)ω = 2 π f，參數(shù)β = f 1η2,其中f為信號的基頻，則 Su的定義如下：
[0038] 當以⑴=0 時，su(t) = sgn(u(t));
[0039] 當&