一种水下运动目标最近接近距离的时间点估计方法与系统与流程

本发明涉及水下运动目标领域，尤其涉及一种水下运动目标最近接近距离的时间点估计方法与系统。

背景技术：

1、随着技术的发展，水下航行器(即水下运动目标)特别是无人水下航行器的应用越来越广泛，其包括了新型的水下滑翔机、水下扑翼机、仿生鱼以及传统的采用螺旋浆推动的uuv、rov、鱼雷等。此类水下无人航行器与传统海军装备相比，具有察打一体、攻击能力强、隐蔽性好、命中率高的特点，是水面、水下舰船或设备最大的威胁，因此如何防御水下航行器侦查与攻击是当前发展海洋面临的重要问题。

2、现有的水中装备针对各类水下航行器侦查与攻击主要采用软对抗和硬杀伤两种手段。软对抗一般采用发射气幕弹、干扰器材、声诱饵等方式，通过设置假目标、提高环境噪声对水下航行器制导系统造成干扰和欺骗，使其无法接近目标。但软对抗存在使用要求高、防御效果不确定等问题。硬杀伤一般采用在水面或水下直接发射炮弹的方式，对接近的水下航行器进行直接毁伤，具有使用简单、打击效果好的优点，但存在对水下航行器探测与定位难度大、精度低的问题。

3、本发明采用在需保护目标周边布置带攻击手段的探测声呐，通过探测水下航行器运动时产生的噪声，利用加权最小二乘曲线拟合算法，估算出水下航行器距离探测声呐截距最近的时间点，通过在此时刻启动攻击手段，可达到对水下航行器的最优破坏效果。

技术实现思路

1、为了提高水下运动目标的击中率，本发明提出了一种水下运动目标最近接近距离的时间点估计方法，其基于探测声呐进行估计，所述探测声呐设置在需保护目标的预设范围内，用于检测并采集水下运动目标的噪声强度a；其中，采集水下运动目标噪声强度a的时间点为采样时间点t，所述方法包括：

2、s1：基于水下运动目标与探测声呐之间的位置关系设定水下运动目标与探测声呐之间的直线距离获取公式；设定水下运动目标在以最高速运动时的噪声强度为p，并设定水下运动目标与探测声呐之间的直线距离l，与噪声强度a、噪声强度p之间的换算关系式；

3、s2：通过直线距离获取公式与换算关系式获取以采样时间点t为自变量，以为因变量的一元二次目标方程；

4、s3：采用二次项拟合算法曲线拟合一元二次目标方程，包括：

5、s31：基于一元二次目标方程中采样时间点t与的关系令采样时间点t为xi,为yi,通过探测声呐采集一组数据序列(xi,yi)，其中：

6、i＝1，2，3...m,m为数据序列的总个数；

7、s32：设定拟合函数，并设定数据序列(xi,yi)与拟合函数的均方误差计算公式，通过数据序列(xi,yi)求解均方误差计算公式得到拟合函数的系数；

8、s33：获取求解后拟合函数的对称轴，并获取对称轴对应的时间点t为探测声呐与水下运动目标截距最近的时间点。

9、进一步地，所述探测声呐中包括水听器与数据采集电路；所述水听器用于检测水下运动目标的噪声强度a，所述数据采集电路用于对水听器检测的噪声强度a进行采样。

10、进一步地，所述s1步骤具体为：

11、基于水下运动目标与探测声呐之间的位置关系得到由斜边、第一直角边与第二直角边组成的直角三角形；所述斜边即水下运动目标与探测声呐之间的直线距离，所述第一直角边即水下运动目标从探测声呐侧通过时的直线最近距离；

12、设水下运动目标的速度为v、水下运动目标从探测声呐侧通过时的直线最近距离为d、第二直角边的长度为f；通过直角三角形中各边之间的关系得到水下运动目标与探测声呐之间的直线距离获取公式为：

13、

14、所述s1步骤中，换算关系式的表达式为：a＝p/l。

15、进一步地，所述s2步骤中，一元二次目标方程的表达式为：

16、

17、进一步地，所述s32步骤中，设定拟合函数，并设定数据序列(xi,yi)与拟合函数的均方误差计算公式，通过数据序列(xi,yi)求解均方误差计算公式得到拟合函数的系数，具体包括：

18、s321：设定拟合函数为p(x)＝a0+a1x+a2x2，其中p(x)即水下运动目标的噪声强度，x为采样时间点，a0、a1、a2均为拟合函数的系数；

19、s322：设定数据序列(xi,yi)与拟合函数的均方误差计算公式为：

20、

21、式中，p(xi)表示第i个采样时间点水下运动目标对应的噪声强度，m为拟合所述拟合函数的数据序列总个数，q(a0,a1,a2)为均方误差；

22、s323：通过均方误差计算公式得到拟合的法方程为：

23、

24、s324：通过采集的数据序列(xi,yi)求解法方程得到拟合函数系数a0、a1、a2的计算值。

25、进一步地，所述s322步骤中：均方误差q(a0,a1,a2)的极小值满足条件公式：

26、

27、本发明还提出了一种水下运动目标最近接近距离的时间点估计系统，其基于探测声呐进行估计，所述探测声呐设置在需保护目标的预设范围内，用于检测并采集水下运动目标的噪声强度a；其中，采集水下运动目标噪声强度a的时间点为采样时间点t，所述系统包括：

28、设定模块，用于基于水下运动目标与探测声呐之间的位置关系设定水下运动目标与探测声呐之间的直线距离获取公式；设定水下运动目标在以最高速运动时的噪声强度为p，并设定水下运动目标与探测声呐之间的直线距离l，与噪声强度a、噪声强度p之间的换算关系式；

29、方程获取模块，用于通过直线距离获取公式与换算关系式获取以采样时间点t为自变量，以为因变量的一元二次目标方程；

30、拟合模块，用于采用二次项拟合算法曲线拟合一元二次目标方程，包括：

31、采集单元，用于基于一元二次目标方程中采样时间点t与的关系令采样时间点t为xi,为yi,通过探测声呐采集一组数据序列(xi,yi)，其中：

32、i＝1，2，3...m,m为数据序列的总个数；

33、拟合单元，用于设定拟合函数，并设定数据序列(xi,yi)与拟合函数的均方误差计算公式，通过数据序列(xi,yi)求解均方误差计算公式得到拟合函数的系数；

34、目标时间点获取单元，用于获取求解后拟合函数的对称轴，并获取对称轴对应的时间点t为探测声呐与水下运动目标截距最近的时间点。

35、进一步地，所述探测声呐中包括水听器与数据采集电路；所述水听器用于检测水下运动目标的噪声强度a，所述数据采集电路用于对水听器检测的噪声强度a进行采样。

36、进一步地，所述设定模块具体用于：

37、基于水下运动目标与探测声呐之间的位置关系得到由斜边、第一直角边与第二直角边组成的直角三角形；所述斜边即水下运动目标与探测声呐之间的直线距离，所述第一直角边即水下运动目标从探测声呐侧通过时的直线最近距离；

38、设水下运动目标的速度为v、水下运动目标从探测声呐侧通过时的直线最近距离为d、第二直角边的长度为f；通过直角三角形中各边之间的关系得到水下运动目标与探测声呐之间的直线距离获取公式为：

39、

40、所述设定模块中，换算关系式的表达式为：a＝p/l。

41、进一步地，所述方程获取模块中，一元二次目标方程的表达式为：

42、

43、与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

44、本发明通过在需保护目标的预设范围内设置探测声呐，通过探测声呐检测并采集水下运动目标的噪声强度a，设定水下运动目标与探测声呐之间的直线距离获取公式，设定噪声强度a与噪声强度p以及直线距离l之间的换算关系式，通过直线距离获取公式与换算关系式获取以采样时间点t为自变量，以为因变量的一元二次目标方程，并采用二次项拟合算法曲线拟合一元二次目标方程：设定拟合函数以及数据序列(xi,yi)与拟合函数的均方误差计算公式，并通过数据序列(xi,yi)求解均方误差计算公式得到拟合函数的系数，进而得到求解后的拟合函数其对称轴对应的时间点t为探测声呐与水下运动目标截距最近的时间点，其避免了现有技术中采用软对抗存在使用要求高、防御效果不确定，采用硬杀伤探测与定位难度大、精度低的诸多问题，且本发明仅在需保护目标的预设范围内设置探测声呐即可实现，极大的降低了攻击成本，且极大的提高了水下运动目标的击中率。