基于定位误差分析的被动全向声呐浮标补投方法和装置

本技术涉及声呐浮标水声探测，特别是涉及一种基于定位误差分析的被动全向声呐浮标补投方法和装置。

背景技术：

1、声呐浮标又称无线电声呐浮标，是航空反潜飞机尤其是固定翼反潜巡逻机的主要探测设备。声纳浮标按照探测方式大致可分为被动声呐浮标和主动声呐浮标，其中被动全向声呐浮标，又称lofar (low-frequency acquisition and ranging)浮标是一种通过被动接收目标辐射噪声以获得目标探测信息的常用浮标。目前被动全向声呐浮标定位主要采用 doppler-cpa(多普勒最接近法)和lofix方法。doppler-cpa方法主要利用目标与浮标相对运动时产生多普勒效应的原理，来估计目标运动速度和cpa(closest point ofapproach)最接近点距离，一般基于多枚被动声呐浮标联合确定目标位置。当前被动全向声呐浮标定位技术的研究主要聚焦于水声目标初次定位的实现，鲜有针对被动声呐浮标布阵后目标定位误差分析与评估方法以及后续浮标补投决策支持方法的研究。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够基于对目标后续预测位置的基于定位误差分析的被动全向声呐浮标补投方法和装置。

2、一种基于定位误差分析的被动全向声呐浮标补投方法，所述方法包括：

3、获取探测信号数据集，所述探测信号数据集中包括多个由被动全向声呐浮标阵中各声呐浮标对运动的目标进行被动探测得到的探测信号；

4、根据所述探测信号数据集中的探测信号进行分析计算，得到所述目标的运动轨迹散点；

5、对所述运动轨迹散点进行拟合，得到所述目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界；

6、根据所述目标的运动轨迹方程对所述目标的运动参数进行估计，所述运动参数包括目标速度、加速度以及运动方向；

7、根据所述目标的运动参数以及置信度预测边界对预设时间内所述目标的预测航向和位置范围进行预测，并根据所述预测航向和位置生成声呐浮标补投方案，并按照所述声呐浮标补投方案对声呐浮标进行补投。

8、在其中一实施例中，采用优化后的多普勒最接近方法对所述探测信号进行处理，得到所述目标的运动轨迹散点。

9、在其中一实施例中，所述优化后的多普勒最接近方法包括：

10、对各所述探测信号分别进行短时傅里叶变换得到对应的功率谱图，根据各所述功率谱图进行处理得到各声呐浮标相对于目标的多普勒频率偏移幅度；

11、根据各所述多普勒频率偏移幅度对声呐浮标进行筛选，得到与所述目标距离最近的多个筛选声呐浮标；

12、根据各所述筛选声呐浮标对应的功率谱图进行计算，得到所述目标在行进中距离各筛选声呐浮标的最近距离、到达最近距离时对应的时间以及所述目标的运动速度；

13、将各所述筛选声呐浮标的坐标作为圆心，以对应的最近距离为半径构建多个圆形，再根据所述目标到达距离各所述筛选声呐浮标最近距离的时间，将到达时间临近的两个圆形为一组计算其公切线和对应的切点；

14、根据公切线对应切点计算各组公切线的长度，并采用二次打分机制分别对各组所述公切线长度进行打分，将分数最高的公切线的切点对应的坐标作为所述目标的轨迹点；

15、集合各组圆得到的轨迹点，得到所述目标的轨迹散点。

16、在其中一实施例中，所述根据各所述功率谱图进行处理得到各声呐浮标相对于目标的多普勒频率偏移幅度包括：

17、根据预设的目标中心频率在各所述功率谱图进行截取，得到部分功率谱图；

18、对各所述部分功率谱图中每个时刻对应的谱值进行二次曲线内插求取峰值后，选取峰值对应的频率点作为对应时刻的目标辐射噪声频率测量值；

19、在各所述部分功率谱图中对所有的目标辐射噪声频率测量值采用五点三次平滑法进行平滑处理后得到各所述部分功率谱图对应的目标辐射噪声频率变化图；

20、根据各所述目标辐射噪声频率变化图中最大值和最小值之间的差值得到所述多普勒频率偏移幅度。

21、在其中一实施例中，所述根据各所述筛选声呐浮标对应的功率谱图进行计算，得到所述目标在行进中距离各筛选声呐浮标的最近距离、到达最近距离时对应的时间以及所述目标的运动速度包括：

22、在各所述筛选声呐浮标对应的功率谱图选取两个时刻分别为第一时刻以及第二时刻、以及这两个时刻分别对应的第一频率以及第二频率；

23、在各对应功率谱图中记录线谱频率变化曲线，求取该线谱频率变化曲线上的拐点，并得到该拐点对应的第三时间以及第三频率，所述第三时间以及第三频率分别为目标到达距离声呐浮标最近距离的时间以及频率；

24、根据由各对应功率谱图得到的所述第一频率、第二频率、第三频率、第一时间、第二时间以及第三时间采用定位公式进行计算，分别得到所述目标距离各筛选声呐浮标的最近距离以及对应的目标运动速度；

25、其中，所述定位公式表示为：

26、；

27、；

28、其中，，，；

29、在上式中，表示所述目标距离声呐浮标的最近距离，表示所述目标在最近距离时的运动速度，、、分别表示所述第一时间、第二时间以及第三时间，、、分别表示所述第一频率、第二频率、第三频率。

30、在其中一实施例中，所述根据公切线对应切点计算各组公切线的长度，并采用二次打分机制分别对各组所述公切线长度进行打分包括：

31、依次对各组内的公切线进行两次打分，第一次打分包括：在各组中分别根据切点坐标分别计算公切线理论上的长度以及实际长度，并根据两者的差值与预设差值范围进行对比，若所述差值在预设差值范围内，则对对应公切线加1分，若所述差值不在预设差值范围内则对对应公切线加0分；

32、第二次打分包括：计算时间相近的两组圆中，时间靠前一组圆中第二圆上切点，到时间靠后一组圆中第一个圆上切点的距离，距离最小所对应的公切线加1分。

33、在其中一实施例中，对所述运动轨迹散点进行拟合，得到所述目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界包括：采用多项式拟合方法对所述运动轨迹散点进行拟合，得到所述目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界；

34、或，先采用滑动平均法或卡尔曼滤波方法对所述运动轨迹散点进行滤波，再采用所述多项式拟合方法对滤波后的运动轨迹散点进行拟合，得到所述目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界。

35、在其中一实施例中，所述根据所述预测航向和位置范围生成声呐浮标补投方案包括：

36、根据预设的补投要求，生成沿所述预测航向和位置范围边沿设置浮标阵型为线形阵或线形阵列的补投方案，或生成在所述预测航向和位置范围内设置浮标阵型为覆盖阵或包围阵的补投方案。

37、在其中一实施例中，所述补投要求包括：拦截时间、阵型位置、阵型朝向以及声呐浮标使用数量。

38、一种基于定位误差分析的被动全向声呐浮标补投装置，所述装置包括：

39、探测信号获取模块，用于获取探测信号数据集，所述探测信号数据集中包括多个由被动全向声呐浮标阵中各声呐浮标对运动的目标进行被动探测得到的探测信号；

40、运动轨迹散点得到模块，用于根据所述探测信号数据集中的探测信号进行分析计算，得到所述目标的运动轨迹散点；

41、运动轨迹方程拟合模块，用于对所述运动轨迹散点进行拟合，得到所述目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界；

42、运动参数估计模块，用于根据所述目标的运动轨迹方程对所述目标的运动参数进行估计，所述运动参数包括目标速度、加速度以及运动方向；

43、补投方案生成模块，用于根据所述目标的运动参数以及置信度预测边界对预设时间内所述目标的预测航向和位置范围进行预测，并根据所述预测航向和位置范围生成声呐浮标补投方案，并按照所述声呐浮标补投方案对声呐浮标进行补投。

44、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

45、获取探测信号数据集，所述探测信号数据集中包括多个由被动全向声呐浮标阵中各声呐浮标对运动的目标进行被动探测得到的探测信号；

46、根据所述探测信号数据集中的探测信号进行分析计算，得到所述目标的运动轨迹散点；

47、对所述运动轨迹散点进行拟合，得到所述目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界；

48、根据所述目标的运动轨迹方程对所述目标的运动参数进行估计，所述运动参数包括目标速度、加速度以及运动方向；

49、根据所述目标的运动参数以及置信度预测边界对预设时间内所述目标的预测航向和位置范围进行预测，并根据所述预测航向和位置生成声呐浮标补投方案，并按照所述声呐浮标补投方案对声呐浮标进行补投。

50、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

51、获取探测信号数据集，所述探测信号数据集中包括多个由被动全向声呐浮标阵中各声呐浮标对运动的目标进行被动探测得到的探测信号；

52、根据所述探测信号数据集中的探测信号进行分析计算，得到所述目标的运动轨迹散点；

53、对所述运动轨迹散点进行拟合，得到所述目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界；

54、根据所述目标的运动轨迹方程对所述目标的运动参数进行估计，所述运动参数包括目标速度、加速度以及运动方向；

55、根据所述目标的运动参数以及置信度预测边界对预设时间内所述目标的预测航向和位置范围进行预测，并根据所述预测航向和位置生成声呐浮标补投方案，并按照所述声呐浮标补投方案对声呐浮标进行补投。

56、上述基于定位误差分析的被动全向声呐浮标补投方法和装置，通过对由被动全向声呐浮标阵获取的探测信号进行分析计算，得到目标的运动轨迹散点，对所述运动轨迹散点进行拟合得到目标的运动轨迹方程以及置信度预测边界，并对其进行计算进而得到目标的运动参数，并根据运动参数对目标在预测时间内的运动位置范围进行预测，根据预测得到的位置范围对补投方案进行设计。采用本方法得到的补投方案，可对目标在给定的时间内进行精准的拦截。