CN102353958B - 超短基线垂直运动目标测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供超短基线垂直运动目标测量方法,包括以下步骤:系统与声信标采用同步钟对准,采集信号数据、并通过带通滤波器进行滤波处理,系统利用宽带信号进行拷贝相关、包络提取、搜索大于门限的定位信号;当检测到定位信号后,提取脉冲对信息,进行多普勒估计与补偿;经过多普勒估计与补偿后的接收信号与参考信号进行拷贝相关,搜索相关峰最大值,计算各路信号的时延信息;解算目标的基阵坐标,根据存储的GPS和姿态仪数据,解算出目标的大地坐标,得到最终的目标运动轨迹数据,将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度,得出目标运动下滑角。本发明具有高精度的定位性能,具备高速运动目标的定位能力。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种水下声纳装置。
背景技术
水下目标运动轨迹是分析研究目标控制性能的重要参考信息。但由于目标运动速度比较高,运动时间短,若要获得高精度的轨迹信息,就必须克服高速引入的多普勒影响,多目标之间的相互干扰,以及获取高刷新率的定位数据。这样对测量系统要求也大大增加。常规的超短基线定位系统难以克服高速运动带来的影响。研制一种针对高速目标高精度定位的测量系统成为迫切的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供具有高精度的定位性能、具备高速运动目标定位能力的超短基线垂直运动目标测量方法。
本发明的目的是这样实现的:
本发明超短基线垂直运动目标测量方法,其特征是:
(1)采用同步信标的工作模式,系统与声信标采用同步钟对准,系统采集信号数据、并通过带通滤波器进行滤波处理,系统利用宽带信号进行拷贝相关、包络提取、搜索大于门限的定位信号;
(2)当检测到定位信号后,提取脉冲对信息,进行多普勒估计与补偿;
(3)经过多普勒估计与补偿后的接收信号与参考信号进行拷贝相关,搜索相关峰最大值,采用三点内插的方法计算各路信号的时延信息;
(4)系统根据修正后的时延信息解算目标的基阵坐标,根据存储的GPS和姿态仪数据,解算出目标的大地坐标,得到最终的目标运动轨迹数据,将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度,得出目标运动下滑角。
本发明的优势在于:本发明具有高精度的定位性能,准确地测出水下运动目标的轨迹;具备高速运动目标的定位能力;解决了定位脉冲发射频率高带来的距离模糊问题,保证了高数据刷新率;实现了多目标的分辨;获取了目标运动速度与下滑角信息。
附图说明
图1为本发明的工作流程框图;
图2为本发明接收信号与对应的参考信号拷贝相关图;
图3为本发明接收信号与非对应的参考信号拷贝相关图;
图4为本发明解距离模糊示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
结合图1~4,超短基线垂直运动目标测量系统采用同步信标的工作模式,系统与声信标采用同步钟对准。系统工作后如图1所示,系统采集信号数据,并通过带通滤波器进行滤波处理。系统利用宽带信号进行拷贝相关,包络提取,搜索大于门限的定位信号。
当检测到定位信号后,提取相应位置处的脉冲对信息,进行多普勒估计与补偿,克服了目标高速运动带来的影响。
补偿后的接收信号与参考信号进行相关运算,搜索相关峰最大值,采用三点内插的方法计算各路信号的时延信息,使得系统获得高精度的时延估计,保证了系统的测量精度。
为了获得更加详细的目标运动轨迹信息,需要高数据刷新率。但由于声速的限制,当定位脉冲的发射频率比较高时会出现距离模糊的现象。假定定位脉冲的发射频率为10Hz,声速按1500m/s计算,不会出现距离模糊的最大作用距离是150m。为了达到更高的作用距离,提出了定位脉冲与标志脉冲组合的定位方法。
该方法利用宽带信号进行定位,宽带信号之后跟随发射一个单频的CW脉冲,系统通过对CW脉冲的频率鉴定,来解决距离模糊问题。若定位脉冲的发射频率依旧为10Hz,设计的系统作用距离为200m,则此时只需要两个标志CW脉冲即可,设为f1和f2。设定系统的同步周期为200ms。定位脉冲的发射和系统处理周期也为200ms。信标在同步信号到达时,发射定位脉冲和f1标志脉冲,100ms时发射定位脉冲和f2标志脉冲,如图2所示。
检测过程中,如果检测到的定位脉冲在100ms内,判断其标志信号,若为f1,则目标应该在150m的范围内。此时在100-200ms的时间段内检测到f2标志信号。当在0-100ms的范围内检测到的定位信号为f2时,说明是目标距离超过150m,同样相应的f1脉冲会出现在100-200ms时间段内。这样根据不同的状况,对测得时延进行修正补偿即可得到目标正确的距离信息。
系统采用正交编码信号作为多目标信号的参考信号,接收信号与各个参考信号做相关运算。图3给出了接收信号与对应的参考信号相关运算得到的相关结果,具有良好的相关波形。图4为接收信号与非对应的参考信号相关运算得到的相关结果,没有明显的相关峰。
系统根据修正后的时延信息解算目标的基阵坐标。最终根据存储的GPS和姿态仪数据,解算出目标的大地坐标,得到最终的目标运动轨迹数据,将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度,求出目标运动下滑角。
系统定位信号采用宽带信号体制,利用拷贝相关进行信号检测,具备高精度的定位能力。采用多普勒估计与补偿技术,有效地解决了目标高速运动带来的多普勒效应。同时,系统引入标志信号与定位脉冲相组合的方法,有效地解决了距离模糊问题,定位数据的刷新率得到了提高。根据波形设计理论,定位信号使用正交编码的方式,实现了多目标的分辨。将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度,获取目标运动下滑角。
系统具备高精度的定位性能。系统定位信号采用宽带信号体制,利用拷贝相关检测方法。使系统能够准确的目标的运动轨迹。
系统具备高速目标的定位能力。系统采用脉冲对特性对信号进行多普勒估计与补偿,克服了目标高速运动带来的多普勒影响,使得系统实现了对高速运动目标的定位。
系统定位数据实现了高刷新率。系统利用定位脉冲后辅助的标志信号,有效地解决目标的距离模糊问题,使得系统的数据刷新率得到了提高。
系统具备多目标分辨能力。该系统采用正交编码信号体制,有效地克服了不同目标信号间的相互干扰。
获取目标运动速度和下滑角信息。将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度,获取目标运动下滑角。
为实现本发明的目的,采用宽带定位信号做拷贝相关。接收信号与参考信号做拷贝相关,提取信号包络,搜索信号的峰值位置,找到能量大于检测门限的相关峰。
为实现本发明的目的,需要实现对接收信号的多普勒估计与补偿。采用的方法是,当检测到定位脉冲后,截取出脉冲对信号,根据脉冲对信息获取信号的多普勒情况,并进行相应的补偿。
为了实现本发明的目的,采用定位脉冲与标志信号相组合的方法,定位脉冲与不同的标志信号相组合,系统根据标志信号判决目标信号的距离信息,解决了距离模糊问题,从而提高了系统的数据刷新率。
为实现本发明的目的,根据波形设计理论,选取了正交编码作为定位脉冲。由于正交编码信号的正交特性,不同目标信号之间的相互干扰得到有效地抑制,使得系统能够分辨出多目标。
为实现本发明的目的,根据波形设计理论,将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度,获取目标运动下滑角。
Claims (1)
1.超短基线垂直运动目标测量方法,其特征是:
(1)采用同步信标的工作模式,系统与声信标采用同步钟对准,系统采集信号数据、并通过带通滤波器进行滤波处理,系统利用宽带信号进行拷贝相关、包络提取、搜索大于门限的定位信号;
(2)当检测到定位信号后,提取脉冲对信息,进行多普勒估计与补偿;
(3)经过多普勒估计与补偿后的接收信号与参考信号进行拷贝相关,搜索相关峰最大值,采用三点内插的方法计算各路信号的时延信息;采用定位脉冲与标志脉冲相组合的方法提高数据刷新率,定位脉冲与不同的标志脉冲相组合,系统根据标志脉冲判决目标信号的距离信息,从而解决距离模糊问题;
(4)系统根据修正后的时延信息解算目标的基阵坐标,根据存储的GPS和姿态仪数据,解算出目标的大地坐标,得到最终的目标运动轨迹数据,将定位结果轨迹拟合后进行位移差分处理得到目标运动速度,得出目标运动下滑角。
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