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海底反射时延广义Radon变换的无源定位

孙大军 卢明洋 梅继丹 焦宏浩 马超

孙大军, 卢明洋, 梅继丹, 焦宏浩, 马超. 海底反射时延广义Radon变换的无源定位[J]. 声学学报, 2023, 48(6): 1142-1153. doi: 10.12395/0371-0025.2022062
引用本文: 孙大军, 卢明洋, 梅继丹, 焦宏浩, 马超. 海底反射时延广义Radon变换的无源定位[J]. 声学学报, 2023, 48(6): 1142-1153. doi: 10.12395/0371-0025.2022062
SUN Dajun, LU Mingyang, MEI Jidan, JIAO Honghao, MA Chao. Passive localization by applying the generalized Radon transform to bottom reflection time delays[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(6): 1142-1153. doi: 10.12395/0371-0025.2022062
Citation: SUN Dajun, LU Mingyang, MEI Jidan, JIAO Honghao, MA Chao. Passive localization by applying the generalized Radon transform to bottom reflection time delays[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(6): 1142-1153. doi: 10.12395/0371-0025.2022062

海底反射时延广义Radon变换的无源定位

doi: 10.12395/0371-0025.2022062
基金项目: 国家自然科学基金项目(61871144)资助
详细信息
    通讯作者:

    梅继丹, meijidan@hrbeu.edu.cn

  • PACS: 43.30, 43.60

Passive localization by applying the generalized Radon transform to bottom reflection time delays

  • 摘要:

    针对无源声呐目标定位问题, 提出了一种基于广义Radon变换的目标参数估计方法。首先, 基于深海直达声区推导了直达声与海底第一次反射声的到达时间差与目标运动参数的数学模型; 其次, 通过求解自相关函数得到目标的多途时延历程(MTDTR); 在此基础上引入广义Radon变换的思想, 联合两个水听器实现了水面匀速直航目标的航向角、速度、目标相对于水听器的初距和初始方位角估计。利用仿真数据和实验数据验证了该方法具有良好的参数估计性能。三亚东南部海域实验结果表明, 通过两个锚系在深海海底附近的声压水听器对水面目标进行定位, 可以实现在12.71 km范围内, 测距误差小于0.29 km, 相对误差小于3%的定位精度。

     

  • 图 1  目标运动几何模型 (a) 三维参考坐标系下目标运动几何模型; (b) $ xOy $平面的二维投影; (c) $ \textit{z}Oy $平面的二维投影

    图 2  声速剖面

    图 3  水听器信号自相关结果 (a) 水听器1; (b) 水听器2

    图 4  $ {\theta _0} $维度下${\boldsymbol{U}}({r_0},v,{{{\varTheta }}_0})$最大值能量的归一化曲线

    图 5  Radon变换二维切片结果 (a) $ \left( {{r_0},v} \right) $二维切片; (b) $ \left( {{r_0},{{{\varTheta }}_0}} \right) $二维切片; (c) $ \left( {v,{{{\varTheta }}_0}} \right) $二维切片

    图 6  $ xOy $平面下目标的运动轨迹

    图 7  目标运动参数与$ h/H $关系 (a) $ {r_0} $标准差; (b) $ v $标准差; (c) $ {\varTheta _0} $标准差; (d) $ {\theta _0} $标准差

    图 8  目标运动参数与深度误差关系 (a) $ {r_0} $标准差; (b) $ v $标准差; (c) $ {\varTheta _0} $标准差; (d) $ {\theta _0} $标准差

    图 9  目标运动参数与声速误差关系 (a) $ {r_0} $标准差; (b) $ v $标准差; (c) $ {\varTheta _0} $标准差; (d) $ {\theta _0} $标准差

    图 10  目标运动参数与信噪比关系 (a) $ {r_0} $标准差; (b) $ v $标准差; (c) $ {\varTheta _0} $标准差; (d) $ {\theta _0} $标准差

    图 11  目标LOFAR谱 (a)水听器1; (b) 水听器2

    图 12  水听器信号自相关结果 (a) 水听器1; (b) 水听器2

    图 13  $ {\theta _0} $维度下${\boldsymbol{U}}({r_0},v,{{{\varTheta }}_0})$最大值能量的归一化曲线

    图 14  Radon变换二维切片结果 (a) $ \left( {{r_0},v} \right) $二维切片; (b) $\left( {{r_0}, {{{\varTheta }}_0}} \right)$二维切片; (c) $\left( {v,{{{\varTheta }}_0}} \right)$二维切片

    图 15  $ xOy $平面下实际轨迹与估计轨迹

    图 16  目标距原点的实际距离与估计距离 (a) 实际距离与估计距离; (b) 估计距离绝对误差

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-12
  • 修回日期:  2022-11-23
  • 刊出日期:  2023-11-02

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