CN112684482B - 一种基于海洋无人平台的水下目标探测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于海洋无人平台的水下目标探测系统及方法，涉及水下目标技术领域，该系统包括全球卫星定位系统、水面无人船艇控制中心、船载主动声源、水下定位和通信系统、至少一个接收机无人潜航器以及至少一个水下目标。该系统用于解决上述主动声源对作业水域声波透射效果不好、接收机无人潜航器对目标散射声场的采集频段覆盖不全以及对水下目标探测的自动化程度不高的技术缺陷。本发明利用接收机无人潜航器搭载的细线拖曳阵和鼻艏线列阵相互配合采集目标的散射声场信号，可以有效解决传统方法采集目标散射声场时采集频段覆盖不全的问题，同时可实现对水下目标“远距离低频探测”与“近距离中高频详查”的效果。
Description
技术领域
本发明涉及水下目标技术领域，具体涉及基于海洋无人平台的水下目标探测系统及方法。
背景技术
水下环境作为一个特殊的作业环境，其电磁波的衰减、水下能见度低等因素对目前的水下救捞、水下目标探测识别工作造成了极大的困扰，而对水下目标的探测效果好坏将直接影响水下救捞等工作的效率和效果。水下作业难度大并且在水域作业时使得作业人员安全风险也随之提升。
目前水下探测识别最有效的方式是通过水面船艇配合无人潜航器协同探测。当前基于无人潜航器水下目标探测主要存在以下问题：一是现有的主动声源多由无人潜航器搭载，其发射功率较低，难于维持实现目标截获所需的信噪比和目标回波强度，不利于对海底或掩埋目标的探测；二是潜航器搭载的声呐阵列尺寸受限，声信号采集主要集中在中高频段，对低频信号采集困难，不利于对目标进行远距离有效探测。
现有的水下目标探测技术中，无人潜航器搭载的水声换能器发射功率低，不利于对作业水域进行有效声波透射。此外接收机无人潜航器覆盖的采集频段较窄，对水下目标的探测和识别的效果有较大的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于海洋无人平台的水下目标探测系统及方法，能够解决传统方法采集目标散射声场时采集频段覆盖不全的问题，同时可实现对水下目标“远距离低频探测”与“近距离中高频详查”的效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于海洋无人平台的水下目标探测系统，包括全球卫星定位系统、水面无人船艇控制中心、船载主动声源、水下定位和通信系统、至少一个接收机无人潜航器以及至少一个水下目标。
全球卫星定位系统为水面无人船艇控制中心提供区域性有源三维卫星定位系统和通信GNSS信号。
水面无人船艇控制中心用于接收GNSS信号，从中获取水面无人船艇控制中心的位置信息；水面无人船艇控制中心还通过水下定位和通信系统来获取接收机无人潜航器的位置信息。
船载主动声源搭载在水面无人船艇控制中心上；船载主动声源用于发射主动声源，透射到整个作业水域以及穿透到沙土掩埋层，激发水下目标产生散射声场，并产生回波信号。
水下定位和通信系统包括超短基线定位系统发射器和超短基线定位系统应答器；水下定位和通信系统用于定位接收机无人潜航器的位置信息，包括接收机无人潜航器的具体位置、所处的深度以及水面无人船艇控制中心的距离，并将位置信息送入接收机无人潜航器上搭载的信号处理中心；水下定位和通信系统与水面无人船艇控制中心、接收机无人潜航器实现水下通信。
接收机无人潜航器上搭载信号处理中心、鼻艏线列阵、细线拖曳阵以及拖曳阵收放器；超短基线定位系统应答器也设置于接收机无人潜航器上。
接收机无人潜航器通过其上搭载的细线拖拽阵和鼻艏线列阵采集主动声源激发目标产生的散射声场信号，其中细线拖曳阵采集5kHz以下频段的信号，用于远距离发现目标；鼻艏线列阵采集5kHz-40kHz频段信号，用于近距离识别目标；目标产生的回波信号由接收机无人潜航器上搭载的信号处理中心进行匹配滤波和波束形成处理，得到水下目标的距离和方位值。
拖曳阵收放器用于对细线拖曳阵进行施放和回收，并将细线拖曳阵采集的数据导入到信号处理中心中。
信号处理中心根据接收机无人潜航器、水面无人船艇控制中心以及水下目标的距离和方位值，获取水下目标的位置信息。
接收机无人潜航器获得水下目标的位置信息后，若水下目标的位置与接收机无人潜航器在水平方向上的距离超过设定阈值，接收机无人潜航器对水下目标进行抵近侦察，抵近过程中利用搭载的细线拖曳阵对水下目标的不同位置的散射声场信息进行采集。
接收机无人潜航器与水下目标在水平方向的距离小于设定距离阈值后，拖曳阵收放器对细线拖曳阵进行回收，接收机无人潜航器以螺旋线的运动轨迹方式围绕水下目标旋转下降，下降过程中利用搭载的鼻艏线列阵对水下目标不同深度上的全向散射场信息进行采集。
信号处理中心对利用典型水下目标的散射场信息预先建立数据库，接收机无人潜航器在进行抵近过程或下降过程中，将采集的水下目标散射场信息与数据库进行比对，通过机器学习对进行目标分类识别以得到探测结果，其结果即为对水下目标的探测结果。
进一步地，船载主动声源设置在水面无人船艇控制中心的底部；信号处理中心设置在接收机无人潜航器的内腔；鼻艏线列阵设置在接收机无人潜航器的鼻艏位置；拖曳阵收放器设置在接收机无人潜航器的腹部位置；细线拖曳阵连接在接收机无人潜航器上的拖曳阵收放器上。
进一步地，船载主动声源发射的主动声源工作频率可覆盖500Hz-40kHz全部频段范围，声源级为160dB以上的主动声源。
进一步地，超短基线定位系统发射器安装在水面无人船艇控制中心的底部；超短基线定位系统应答器安装在接收机无人潜航器的背脊位置。
超短基线定位系统发射器由水面无人船艇控制中心控制发出定位信号，接收机无人潜航器上的超短基线定位系统接收器接收到定位信号后发出应答信号，超短基线定位系统发射器接收到应答信号后，水面无人船艇控制中心根据应答信号计算出接收机无人潜航器的位置信息。
本发明另外一个实施例还提供了一种基于海洋无人平台的水下目标探测方法，采用上述基于海洋无人平台的水下目标探测系统对水下目标进行探测，具体包括如下步骤：
S01、水面无人船艇控制中心发送作业指令，作业指令被船载主动声源和水下定位和通信系统接收，船载主动声源接收到作业指令后发射主动声源，透射到整个作业水域以及穿透到泥沙掩埋层，激发水下目标产生散射声场，并产生回波信号，水下定位和通信系统获取接收机无人潜航器的位置信息。
S02、接收机无人潜航器通过其尾部搭载的细线拖拽阵和艏部搭载的鼻艏线列阵采集主动声源激发水下目标产生的散射声场信号，其中细线拖曳阵采集5kHz以下频段的信号，用于远距离发现目标，鼻艏线列阵采集5kHz-40kHz频段的信号，用于近距离识别目标。
S03、接收机无人潜航器的位置信息由信号处理中心通过水下定位和通信系统预先获取，回波信号由接收机无人潜航器搭载的信号处理中心进行匹配滤波和波束形成处理，得到水下目标的距离和方位值，信号处理中心根据接收机无人潜航器的位置信息、水下目标的距离和方位值估计水下目标的位置信息。
S04、接收机无人潜航器获得水下目标的位置信息后，若水下目标位置与接收机无人潜航器水平方向上的距离超过预设的阈值，接收机无人潜航器对水下目标进行抵近侦察，抵近同时利用搭载的细线拖曳阵对水下目标不同位置的散射声场信息进行采集。
S05、接收机无人潜航器与水下目标在水平方向的距离小于设定距离阈值后，拖曳阵收放器对细线拖曳阵进行回收，接收机无人潜航器以螺旋线的运动轨迹方式围绕水下目标旋转下降，下降同时利用搭载的鼻艏线列阵对水下目标不同深度上的全向散射场信息进行采集。
S06、信号处理中心根据预先建立的各种典型水下目标的散射场信息数据库，在接收机无人潜航器进行抵近过程或下降过程时，将采集的水下目标的散射场信息与数据库进行比对，通过机器学习对目标进行分类和识别以得到探测结果，其结果即为对水下目标的探测结果。
进一步地，S03中，回波信号由接收机无人潜航器搭载的信号处理中心进行匹配滤波和波束形成处理，得到水下目标的距离和方位值，具体步骤为：
船载主动声源发射的主动声源信号为e(t)，则信号处理中心接收的回波信号E(t)表达式为：
E(t)＝[E1(t) E2(t) … EM(t)]。
式中Em(t)为获得的第m个水听器的回波信号，m取值为[1,M]范围内的整数；
利用主动声源信号e(t)对回波信号E(t)进行匹配滤波，得到脉冲峰值信号t1，主动声源信号发射时间为t0，则水下目标的距离L为：
L＝c(t1-t0)
式中c为声在水中的传播速度。
信号处理中心对回波信号E(t)进行波束形成处理，对阵列信号方位空间上的所有的角度进行扫描，利用DOA方位估计方法获取水下目标的方位，则阵列波束形成表达式为：
式中BP(θ)为阵列波束的输出强度；Em(t)为第m个水听器的回波信号；wm为对应的加权系数；dm为第m个水听器与预先设定的参考水听器之间的距离；θ表示波束形成的聚焦角度。
当BP(θ)取最大值时，此时波束形成的波束聚焦角度为θ0与来波方向一致，θ0即为水下目标的散射信号来波方向即方位值。
有益效果：
1、本发明提供的一种基于海洋无人平台的水下目标探测系统及方法，用于解决上述主动声源对作业水域声波透射效果不好、接收机无人潜航器对目标散射声场的采集频段覆盖不全以及对水下目标探测的自动化程度不高的技术缺陷。本发明利用接收机无人潜航器搭载的细线拖曳阵和鼻艏线列阵相互配合采集目标的散射声场信号，可以有效解决传统方法采集目标散射声场时采集频段覆盖不全的问题，同时可实现对水下目标“远距离低频探测”与“近距离中高频详查”的有益效果；
2、本发明提供的基于海洋无人平台的水下目标探测系统，该系统采用水面无人船艇和无人潜航器进行协同探测，充分发挥了无人船艇和无人潜航器的自动化优势，可以有效减少在水域作业的作业人员安全风险；
3、本发明利用水面无人艇发射主动声源，便于维持截获目标所需的信噪比，具有穿透性强、发射功率高、作用范围广、探测识别结果好的优点。
附图说明
图1为本发明所提供的基于海洋无人平台的水下目标探测系统组成框图；
图2为本发明实施例提供的基于海洋无人平台的水下目标探测系统一种具体的组成框图；
图3为本发明实施例提供的基于海洋无人平台的水下目标探测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种图1式出了本发明提供的基于海洋无人平台的水下目标探测，如图所示，该系统包括全球卫星定位系统1，水面无人船艇控制中心2，船载主动声源3，水下定位和通信系统，i个接收机无人潜航器5，信号处理中心6，鼻艏线列阵7，细线拖曳阵8，j个水下目标9，拖曳阵收放器11；其中i≥1、j≥1。
全球卫星定位系统1给水面无人船艇控制中心2提供区域性有源三维卫星定位系统和通信GNSS信号。
水面无人船艇控制中心2用于接受GNSS信号获取水面无人船艇控制中心2的位置信息以及通过水下定位和通信系统来获取接收机无人潜航器的位置信息。
船载主动声源3搭载在水面无人船艇控制中心2上。
船载主动声源3用于发射主动声源，透射到整个作业水域以及穿透到沙土掩埋层，激发水下目标9产生散射声场，并产生回波信号。
接收机无人潜航器5通过其尾部搭载的细线拖曳阵8和艏部搭载的鼻艏线列阵7采集主动声源激发目标产生的散射声场信号，其中细线拖曳阵8主要采集5kHz以下的低频段信号，用于远距离发现目标，鼻艏线列阵7主要采集5kHz-40kHz的中高频段信号，用于近距离识别目标，回波信号由接收机无人潜航器5搭载的信号处理中心6进行匹配滤波和波束形成处理，得到水下目标9的距离和方位值。
细线拖曳阵8、鼻艏线列阵7、拖曳阵收放器11以及信号处理中心6搭载在接收机无人潜航器5上。
拖曳阵收放器11用于对细线拖曳阵8进行施放和回收，并将数据导入信号处理中心6。
水下定位和通信系统包括超短基线定位系统发射器4和超短基线定位系统应答器12，水下定位和通信系统用于定位接收机无人潜航器5的位置信息，得到接收机无人潜航器5的具体位置、所处的深度以及水面无人船艇控制中心2的距离，并将位置信息送入信号处理中心6，同时与水面无人船艇控制中心2、接收机无人潜航器5实现水下通信。
信号处理中心6根据接收机无人潜航器5、水面无人船艇控制中心2以及水下目标9的距离和方位值获取海底目标9或泥沙掩埋目标10的位置信息。
接收机无人潜航器5获得水下目标9的位置信息后，若水下目标9位置与接收机无人潜航器5水平方向上的距离较远，超过设定距离阈值时(该设定距离阈值根据经验进行设定)，接收机无人潜航器5对水下目标9进行抵近侦察，抵近同时利用搭载的细线拖曳阵8对水下目标9不同位置的散射声场信息进行采集。
接收机无人潜航器5在水平方向抵近水下目标9后，接收机无人潜航器5与水下目标9在水平方向的距离小于设定距离阈值后(该距离阈值可以依经验设定)，拖曳阵收放器11回收细线拖曳阵8，接收机无人潜航器5以螺旋线的运动轨迹方式围绕水下目标9旋转下降，下降同时利用搭载的鼻艏线列阵对水下目标9不同深度上的全向散射场信息进行采集。
信号处理中心6对各种典型水下目标9的散射场信息预先建立数据库，接收机无人潜航器5在进行抵近目标或下降动作时，将采集的水下目标9散射场信息与数据库进行比对，通过机器学习对目标进行分类和识别以得到探测结果，其结果即为对水下目标9的探测结果。
具体地，船载主动声源3设置在水面无人船艇控制中心2的底部。
信号处理中心6设置在接收机无人潜航器5的内腔。
鼻艏线列阵设置7在接收机无人潜航器5的鼻艏位置。
拖曳阵收放器11设置在接收机无人潜航器5的腹部位置。
细线拖曳阵8连接在接收机无人潜航器5上的拖曳阵收放器11上。
具体地，船载主动声源3发射的主动声源工作频率可覆盖500Hz-40kHz全部频段范围，声源级为160dB以上的主动声源。
具体地，超短基线定位系统发射器4安装在水面无人船艇控制中心2底部。
超短基线定位系统应答器12安装在接收机无人潜航器5背脊位置。
超短基线定位系统发射器4由水面无人船艇控制中心2控制发出定位信号，接收机无人潜航器5上的超短基线定位系统应答器12接收到定位信号后发出应答信号，超短基线定位系统发射器4接收到应答信号后，水面无人船艇控制中心2根据应答信号计算出接收机无人潜航器5的位置信息。
本发明的接收机无人潜航器和海底目标或泥沙掩埋目标数量不定，即本发明中接收机无人潜航器数量可以是一个，也可以是多个接收机无人潜航器，其中水下目标的数量也是随机不确定，图2示出了本发明另一种具体实施例，在该具体实例中，包括两个接收机无人潜航器5和14、1个水下目标9接收机无人潜航器14上同样搭载了鼻艏线列阵15、细线拖曳阵16、信号处理中心17、超短基线定位系统应答器13以及拖曳阵收放器18。
本发明实施例还提供了基于海洋无人平台的水下目标探测方法，采用上述的基于海洋无人平台的水下目标探测系统对水下目标9进行探测，具体包括如下步骤：
S01、系统初始化：水面无人船艇控制中心2发送作业指令，船载主动声源3发射主动声源，透射到整个作业水域以及穿透到泥沙掩埋层，激发水下目标9产生散射声场，并产生回波信号，水下定位和通信系统获取接收机无人潜航器5的位置信息。
S02、水声数据采集：接收机无人潜航器5通过其尾部搭载的细线拖拽阵8和艏部搭载的鼻艏线列阵7采集主动声源激发水下目标9产生的散射声场信号，其中细线拖曳阵8主要采集5kHz以下的低频段信号，用于远距离发现目标，鼻艏线列阵7主要采集5kHz-40kHz的中高频段信号，用于近距离识别目标。
S03、目标位置估计：接收机无人潜航器5的位置信息由信号处理中心6通过超短基线定位系统预先获取，回波信号由接收机无人潜航器搭载的信号处理中心6进行匹配滤波和波束形成处理，得到水下目标9的距离和方位值，信号处理中心6根据接收机无人潜航器5的位置信息、水下目标9的距离和方位值估计水下目标9的位置信息。
具体地，信号处理中心6进行匹配滤波和波束形成处理获取水下目标9的距离和方位值的具体步骤为：发射的主动声源信号为e(t)，则信号处理中心6接受的回波信号E(t)表达式为：
E(t)＝[E1(t) E2(t) … EM(t)]
式中Em(t)为获得的第m个水听器的回波信号，m取值为[1,M]范围内的整数。
利用主动声源信号e(t)对回波信号E(t)进行匹配滤波，得到脉冲峰值信号t1，主动声源信号发射时间为t0，则水下目标的距离L为：
L＝c(t1-t0)
式中c为声在水中的传播速度。
信号处理中心6对回波信号E(t)进行波束形成处理，对阵列信号方位空间上的所有的角度进行扫描，利用DOA(Direction of Arrival)方位估计方法获取水下目标9的方位，则阵列波束形成表达式为：
式中BP(θ)为阵列波束的输出强度、Em(t)为第m个水听器的回波信号，wm为对应的加权系数，dm为第m个水听器与预先设定的参考水听器之间的距离，θ表示波束形成的聚焦角度。
当BP(θ)取最大值时，此时波束形成的波束聚焦角度为θ0与来波方向一致，θ0即为水下目标的散射信号来波方向即方位值。
S04、目标抵近侦察：接收机无人潜航器5获得水下目标9的位置信息后，若水下目标9位置与接收机无人潜航器5水平方向上的距离较远，接收机无人潜航器5对水下目标9进行抵近详查，抵近同时利用搭载的细线拖曳阵8对目标不同位置的散射声场信息进行采集。
S05、近距离详查：接收机无人潜航器5在水平方向抵近水下目标9后，拖曳阵收放器11对细线拖曳阵8进行回收，接收机无人潜航器5以螺旋线的运动轨迹方式围绕水下目标9旋转下降，下降同时利用搭载的鼻艏线列阵7对水下目标9不同深度上的全向散射场信息进行采集。
S06、目标分类识别：信号处理中心6根据预先建立的各种典型水下目标9的散射场信息数据库，在接收机无人潜航器5进行抵近目标或螺旋下降动作时，将采集的水下目标9的散射场信息与数据库进行比对，通过机器学习对目标进行分类和识别以得到探测结果，其结果即为对水下目标9的探测结果。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于海洋无人平台的水下目标探测系统，其特征在于，包括全球卫星定位系统(1)、水面无人船艇控制中心(2)、船载主动声源(3)、水下定位和通信系统、至少一个接收机无人潜航器(5)以及至少一个水下目标(9)；
所述全球卫星定位系统(1)为所述水面无人船艇控制中心(2)提供区域性有源三维卫星定位系统和通信GNSS信号；
所述水面无人船艇控制中心(2)用于接收所述GNSS信号，从中获取水面无人船艇控制中心(2)的位置信息；所述水面无人船艇控制中心(2)还通过水下定位和通信系统来获取接收机无人潜航器的位置信息；
所述船载主动声源(3)搭载在所述水面无人船艇控制中心(2)上；所述船载主动声源用于发射主动声源，透射到整个作业水域以及穿透到沙土掩埋层，激发所述水下目标(9)产生散射声场，并产生回波信号；
所述水下定位和通信系统包括超短基线定位系统发射器(4)和超短基线定位系统应答器(12)；所述水下定位和通信系统用于定位所述接收机无人潜航器(5)的位置信息，包括所述接收机无人潜航器(5)的具体位置、所处的深度以及所述水面无人船艇控制中心(2)的距离，并将所述位置信息送入所述接收机无人潜航器(5)上搭载的信号处理中心(6)；所述水下定位和通信系统与所述水面无人船艇控制中心(2)、接收机无人潜航器(5)实现水下通信；
所述接收机无人潜航器(5)上搭载信号处理中心(6)、鼻艏线列阵(7)、细线拖曳阵(8)以及拖曳阵收放器(11)；所述超短基线定位系统应答器(12)也设置于所述接收机无人潜航器(5)上；
所述接收机无人潜航器(5)通过其上搭载的细线拖拽阵(8)和鼻艏线列阵(7)采集主动声源激发目标产生的散射声场信号，其中细线拖曳阵(8)采集5kHz以下频段的信号，用于远距离发现目标；所述鼻艏线列阵(7)采集5kHz-40kHz频段信号，用于近距离识别目标；目标产生的回波信号由所述接收机无人潜航器(5)上搭载的信号处理中心(6)进行匹配滤波和波束形成处理，得到所述水下目标(9)的距离和方位值；
所述拖曳阵收放器(11)用于对所述细线拖曳阵(8)进行施放和回收，并将所述细线拖曳阵(8)采集的数据导入到所述信号处理中心(6)中；
所述信号处理中心(6)根据所述接收机无人潜航器(5)、水面无人船艇控制中心(2)以及所述水下目标(9)的距离和方位值，获取所述水下目标(9)的位置信息；
所述接收机无人潜航器(5)获得所述水下目标(9)的位置信息后，若所述水下目标(9)的位置与所述接收机无人潜航器(5)在水平方向上的距离超过设定阈值，所述接收机无人潜航器(5)对所述水下目标(9)进行抵近侦察，抵近过程中利用搭载的所述细线拖曳阵(8)对所述水下目标(9)的不同位置的散射声场信息进行采集；
所述接收机无人潜航器(5)与所述水下目标(9)在水平方向的距离小于设定距离阈值后，所述拖曳阵收放器(11)对细线拖曳阵(8)进行回收，所述接收机无人潜航器(5)以螺旋线的运动轨迹方式围绕所述水下目标(9)旋转下降，下降过程中利用搭载的所述鼻艏线列阵(7)对水下目标不同深度上的全向散射场信息进行采集；
所述信号处理中心(6)对利用典型水下目标的散射场信息预先建立数据库，接收机无人潜航器(5)在进行抵近过程或下降过程中，将采集的水下目标散射场信息与数据库进行比对，通过机器学习对进行目标分类识别以得到探测结果，其结果即为对水下目标的探测结果。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述船载主动声源(3)设置在水面无人船艇控制中心(2)的底部；信号处理中心设置在接收机无人潜航器(5)的内腔；鼻艏线列阵(7)设置在接收机无人潜航器(5)的鼻艏位置；拖曳阵收放器(11)设置在接收机无人潜航器(5)的腹部位置；细线拖曳阵(8)连接在接收机无人潜航器(5)上的拖曳阵收放器上。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述船载主动声源发射的主动声源工作频率可覆盖500Hz-40kHz全部频段范围，声源级为160dB以上的主动声源。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超短基线定位系统发射器(4)安装在水面无人船艇控制中心(2)的底部；
所述超短基线定位系统应答器(12)安装在接收机无人潜航器(5)的背脊位置；
所述超短基线定位系统发射器(4)由水面无人船艇控制中心(2)控制发出定位信号，接收机无人潜航器(5)上的超短基线定位系统接收器(12)接收到定位信号后发出应答信号，超短基线定位系统发射器(4)接收到应答信号后，水面无人船艇控制中心(2)根据应答信号计算出接收机无人潜航器(5)的位置信息。
5.一种基于海洋无人平台的水下目标探测方法，其特征在于，采用如权利要求1～4任一所述基于海洋无人平台的水下目标探测系统对水下目标进行探测，具体包括如下步骤：
S01、所述水面无人船艇控制中心(2)发送作业指令，所述作业指令被所述船载主动声源(3)和水下定位和通信系统接收，船载主动声源(3)接收到作业指令后发射主动声源，透射到整个作业水域以及穿透到泥沙掩埋层，激发水下目标产生散射声场，并产生回波信号，水下定位和通信系统获取接收机无人潜航器(5)的位置信息；
S02、接收机无人潜航器(5)通过其尾部搭载的细线拖拽阵(8)和艏部搭载的鼻艏线列阵(7)采集主动声源激发水下目标产生的散射声场信号，其中细线拖曳阵采集5kHz以下频段的信号，所述鼻艏线列阵(7)采集5kHz-40kHz频段的信号；
S03、所述接收机无人潜航器(5)的位置信息由信号处理中心(6)通过水下定位和通信系统预先获取，回波信号由接收机无人潜航器(5)搭载的信号处理中心(6)进行匹配滤波和波束形成处理，得到水下目标的距离和方位值，信号处理中心(6)根据接收机无人潜航器的位置信息、水下目标的距离和方位值估计水下目标的位置信息；
S04、接收机无人潜航器(5)获得水下目标的位置信息后，若水下目标位置与接收机无人潜航器(5)水平方向上的距离超过预设的阈值，接收机无人潜航器(5)对水下目标进行抵近侦察，抵近同时利用搭载的细线拖曳阵(8)对水下目标不同位置的散射声场信息进行采集；
S05、接收机无人潜航器(5)与所述水下目标(9)在水平方向的距离小于设定距离阈值后，拖曳阵收放器(11)对细线拖曳阵(8)进行回收，接收机无人潜航器(5)以螺旋线的运动轨迹方式围绕水下目标旋转下降，下降同时利用搭载的鼻艏线列阵(7)对水下目标不同深度上的全向散射场信息进行采集；
S06、信号处理中心(6)根据预先建立的各种典型水下目标的散射场信息数据库，在接收机无人潜航器进行抵近过程或下降过程时，将采集的水下目标的散射场信息与数据库进行比对，通过机器学习对目标进行分类和识别以得到探测结果，其结果即为对水下目标的探测结果。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S03中，所述回波信号由接收机无人潜航器(5)搭载的信号处理中心(6)进行匹配滤波和波束形成处理，得到水下目标的距离和方位值，具体步骤为：
所述船载主动声源(3)发射的主动声源信号为e(t)，则信号处理中心(6)接收的回波信号E(t)表达式为：
E(t)＝[E1(t) E2(t) … EM(t)]；
式中Em(t)为获得的第m个水听器的回波信号，m取值为[1,M]范围内的整数；
利用主动声源信号e(t)对回波信号E(t)进行匹配滤波，得到脉冲峰值信号t1，主动声源信号发射时间为t0，则水下目标的距离L为：
L＝c(t1-t0)
式中c为声在水中的传播速度；
信号处理中心对回波信号E(t)进行波束形成处理，对阵列信号方位空间上的所有的角度进行扫描，利用DOA方位估计方法获取水下目标的方位，则阵列波束形成表达式为：
式中BP(θ)为阵列波束的输出强度；Em(t)为第m个水听器的回波信号；wm为对应的加权系数；dm为第m个水听器与预先设定的参考水听器之间的距离；θ表示波束形成的聚焦角度；
当BP(θ)取最大值时，此时波束形成的波束聚焦角度为θ0与来波方向一致，θ0即为水下目标的散射信号来波方向即方位值。
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