基于艦船輻射噪聲的艦船目標(biāo)定位技術(shù)

式中0°≤θ≤90°，O°≤ψ≤360°。由式(9)可知，與定位相關(guān)的量包括時(shí)差τ01，τ02，τ03，τ04，陣元間距D以及聲速c有關(guān)，由于在一定的陣列和環(huán)境中，陣元間距D和聲速c相對(duì)固定，這里可視為常數(shù)，因此定位精度主要取決于時(shí)差的估計(jì)精度，這里設(shè)時(shí)差估計(jì)精度為dτ。對(duì)式(9)求相對(duì)時(shí)差τ01，τ02，τ03，τ04的偏導(dǎo)，相應(yīng)估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差可表示為：

由式(11)可知，定位參量估計(jì)值與時(shí)差估計(jì)精度dτ、陣元間距D、聲速c、俯仰角θ和目標(biāo)真實(shí)距離r有關(guān)，結(jié)合式(10)，對(duì)定位相關(guān)的三個(gè)坐標(biāo)變量求偏導(dǎo)，可得：

定位誤差則可表示為：

4 仿真實(shí)驗(yàn)
為驗(yàn)證算法的有效性，下面分別就直接相關(guān)、廣義相關(guān)和基于盲分離的直接相關(guān)方法進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)。由圖l建立的接收模型可知，延遲時(shí)間為50個(gè)采樣間隔。接收的主要源信號(hào)包括一路艦船實(shí)測(cè)信號(hào)，一路服從α穩(wěn)定分布的尖峰脈沖噪聲，見(jiàn)圖2。服從α穩(wěn)定分布的隨機(jī)變量如下產(chǎn)生：分別產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的隨即變量V和W，其中，V滿(mǎn)足在(一π／2，π／2)范圍內(nèi)均勻分布，W滿(mǎn)足均值為l的指數(shù)分布。

試驗(yàn)過(guò)程如下：首先對(duì)接收信號(hào)直接進(jìn)行相關(guān)處理，結(jié)果如圖3的第一排所示，相關(guān)易出現(xiàn)多個(gè)極值且有偏差，從而使得到的結(jié)果并不準(zhǔn)確。其次，將接收信號(hào)經(jīng)盲信號(hào)處理后的進(jìn)行處理相關(guān)，相關(guān)峰非常明顯，結(jié)果如圖3的第二排所示。通過(guò)改變?cè)肼暤挠绊?，?duì)每個(gè)噪聲點(diǎn)分別進(jìn)行了1000次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果(如圖4所示)證明：經(jīng)盲相關(guān)處理后對(duì)延遲時(shí)間估計(jì)的結(jié)果遠(yuǎn)比直接進(jìn)行相關(guān)、廣義相關(guān)方法估計(jì)的結(jié)果要準(zhǔn)確和穩(wěn)定，達(dá)到一定的信噪比后，正確估計(jì)的概率幾乎為100％，廣義相關(guān)方法相比直接相關(guān)的正確概率有一定的提高，顯然還是存在一定的誤差。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：在復(fù)雜信號(hào)環(huán)境中，最好的方式是先將信號(hào)提取出來(lái)再進(jìn)行相關(guān)處理，否則，時(shí)差估計(jì)的精度和穩(wěn)定性將很難提高，進(jìn)而影響定位精度及其穩(wěn)定性。這里信噪比定義為：

為驗(yàn)證定位性能，分別進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，限于篇幅原因，這里只對(duì)其中的一種狀況進(jìn)行說(shuō)明：設(shè)聲速c=340．29m／s，俯仰角θ=45°，方位角ψ=30°。在不同的時(shí)差估計(jì)精度下，當(dāng)目標(biāo)真實(shí)距離r變化時(shí)，對(duì)目標(biāo)的定位精度誤差如圖5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種定位方法與接收陣元間距、目標(biāo)真實(shí)距離和時(shí)差估計(jì)精度等都有關(guān)系，這與第3部分的分析是一致的，具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)建立的接收模型和定位算法，能夠通過(guò)對(duì)接收的艦船輻射噪聲對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn)行定位，在一定程度上可提高水下探測(cè)能力。對(duì)于不同的艦型，由于艦船噪聲的音質(zhì)節(jié)拍、音色及其頻譜分布、信號(hào)過(guò)零點(diǎn)分布等不同，通?？筛鶕?jù)這些特征，同時(shí)通過(guò)本文的盲分離算法處理結(jié)果，還可對(duì)目標(biāo)類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別。