CN110703203A - 基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位*** - Google Patents

基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位*** Download PDF

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CN110703203A CN201911005285.7A CN201911005285A CN110703203A CN 110703203 A CN110703203 A CN 110703203A CN 201911005285 A CN201911005285 A CN 201911005285A CN 110703203 A CN110703203 A CN 110703203A
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吕云飞
梅继丹
师俊杰
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Abstract

基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，涉及水下定位技术领域，为解决现有技术中浮标方式和水面船的长基线定位难以长时间保持较好的阵型，从而降低了定位精度，且成本较高的问题，本发明利用声学波浪滑翔机提供了一种基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***。本发明既可以通过卫星实时得到基站的位置信息，又可以通过控位保持较好的阵型，实现高精度的定位，而且波浪滑翔机可以通过太阳能帆板获得各节点长期工作所需的能源，成本相对较低。

Description

基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***
技术领域
本发明涉及水下定位技术领域，具体为一种基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***。
背景技术
现有水下脉冲声定位***中精度最高的是长基线定位***，工作方式包括布放在海底的潜标方式、水面浮标方式和水面船方式等。
对于基于潜标方式的长基线定位，应答器和信标锚定在海底，各站点位置事先测定，同步接收到信号后在数据处理中心估计节点间信号时延差进行定位解算。优点在于基站位置固定，阵型可以保持在定位精度高的最优状态，存在的问题是布放困难，校准耗时，在深海情况下尤为如此。
对于浮标方式和水面船的长基线定位，基站的位置均可以通过卫星实时准确测量，各基站同步接收待定位目标辐射的声信号，进而估计信号传播到各基站间的时延差，进行定位解算。不足在于浮标位置随海流和波浪变化，难以长时间保持较好的阵型，降低了定位精度；而对于水面船而言虽然可以控制长基线基站的阵型，但是多艘水面船同时工作，成本较高，尤其是远海条件下船舶的吨位要求大。因此水面基站控位能力与定位***成本相互制约，影响了长基线定位精度。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术中浮标方式和水面船的长基线定位难以长时间保持较好的阵型，从而降低了定位精度，且成本较高的问题，提供一种基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***。
本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，包括：岸站处理中心和AWG节点，
所述岸站处理中心用于对AWG节点传输来的数据进行存储与目标位置解算，并将处理结果进行显示，
所述AWG节点用于接收水中的目标声信号并进行处理，在信号检测、测向后通过GPS获得AWG各节点的GPS位置信息与时间，并将数据传输给岸站处理中心，
所述信号检测采用能量检测，信号检测的详细步骤为：首先假设AWG任一水听器接收信号为S(t)，进行时间长度为T，重叠的积分，得到
Figure BDA0002242559840000021
将E(n)与设定的噪声门限C比较，如果E(n)>C，则认为该时间段内有脉冲信号，否则无脉冲信号。
进一步的，所述岸站处理中心包括岸站数据通信模块、岸站GPS定位及授时模块、岸站数据存储模块、岸站数据解算模块和显控平台，
所述岸站数据通信模块用于在AWG节点与岸站处理中心之间传输AWG节点接收的目标声信号，GPS信息及时间数据；
所述岸站GPS定位及授时模块用于接收GPS信号，并获取AWG节点的位置信息及位置信息对应的时间信息；
所述岸站数据存储模块用于存储AWG节点传输的数据及经过解算后的数据；
所述显控平台用于显示数据经过处理解算后得到的相关信息；
所述AWG节点包括节点数据通信模块，节点GPS定位授时模块，节点控制模块，节点数据处理模块，电源模块，自主定位模块和水听器阵模块；
所述节点数据通信模块用于岸站处理中心与AWG节点之间传输AWG节点接收的目标声信号，GPS信息及时间等数据；
所述节点GPS定位授时模块用于获得AWG各节点的实时GPS位置信息与时间；
所述节点控制模块包括船体控制单元和数据控制单元，所述船体控制单元用于控制AWG的航行，所述数据控制单元用于控制数据的传输；
所述节点数据处理模块用于对AWG节点接收到的数据进行信号检测，野值剔除处理；
所述电源模块用于为AWG节点各模块供电；
所述自主定位模块用于对检测到的目标信号进行处理，然后进行定位解算得到所需目标位置信息；
所述水听器阵模块用于接收水中的声信号。
进一步的，所述野值剔除处理包括单节点数据野点剔除和多节点数据野点剔除。
进一步的，所述单节点数据野点剔除采用估计方位与合围区域吻合与否进行剔除，其具体步骤为首先对目标信号进行分子带方位估计，将方位估计结果进行直方图统计，得到目标信号的空间谱、估计目标方位及对应该方位下的幅频特征，然后根据AWG阵型得到多个AWG合围区域内目标相对于各AWG的方位范围，当估计目标的方位不在互谱范围内时，认为是野点，加以剔除。
进一步的，所述单节点数据野点剔除的具体步骤为：首先脉冲信号相对于第i台AWG的方位为θ(t)i中，如果存在某时间的方位与其相邻时间点的方位均差距大，且不符合整体方位随时间的变化趋势，则该点视为野点，该时刻检测到的信号不是目标脉冲信号，剔除此时刻检测到的信号。
进一步的，所述多节点数据野点剔除的具体步骤为：首先求出各节点对应目标信号特征频谱之间的相关系数，当相关系数值小于0.3时，认为检测到的是野点。
进一步的，所述自主定位模块采用双曲线交汇定位，其具体步骤为：首先将m个AWG分别编号，根据AWG上装载的GPS及水听器基阵上装载的深度计得到AWG所连接的水听器的位置分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)…(xm,ym,zm),m台AWG的其中一路声压水听器接收到的信号分别为
S11(t)、S21(t)…Sm1(t)，根据互相关公式
Figure BDA0002242559840000031
将2至m号AWG接收信号分别与1号AWG的接收信号作互相关，得到AWG节点间的接收信号的时延差τ1j，j＝2，3…m，j代表与1号AWG接收信号作相关的节点号，τ1j为1号AWG接收信号与j号AWG接收信号之间的时延差,建立双曲定位模型
Figure BDA0002242559840000032
其中，r1j＝cτ1j (4)
c为声速，r1j为1号AWG节点到目标声源的距离与j号AWG节点到目标声源的距离差值,
将上式在位置(x1,y1,z1)处展开，可得：
Figure BDA0002242559840000033
式中，ε1和εm-1是高阶小量，可以忽略；
Figure BDA0002242559840000034
τ′12和τ′1m是根据几何关系得到的理论上声源到各基站的时延差，由
Figure BDA0002242559840000041
得到，其中声源位置(x，y，z)为每次经过迭代后的值，为已知量，
声源位置(x，y，z)的初值设定为基阵1的坐标(x1，y1，z1)，将声源位置初值带入理论时延差计算公式，得到该声源位置下的理论时延差τ′12和τ′1m，将实际测得的时延差τ12和τ1m与理论时延差做差，差值Δτ12和Δτ1m带入误差方程，得到声源位置误差Δx，Δy和Δz，将误差加在声源位置(x，y，z)上，得到新的声源位置，继续进行误差计算，不断修正声源位置，直到求得的位置误差小于Cx米，此时的声源位置为最终得到的目标声源位置坐标。
进一步的，所述电源模块采用太阳能电池板。
本发明的有益效果是：本发明利用声学波浪滑翔机提供了一种基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***。本发明既可以通过卫星实时得到基站的位置信息，又可以通过控位保持较好的阵型，实现高精度的定位，而且波浪滑翔机可以通过太阳能帆板获得各节点长期工作所需的能源，成本相对较低。
附图说明
图1为多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***几何配置
图2为本发明的***组成。
图3为单节点配置图。
图4为定位算法流程图。
图5为四元十字阵阵型。
图6为四元十字阵方位估计流程图。
图7为圆阵阵型。
图8为圆阵方位估计流程图。
图9为矢量水听器振速矢量几何关系。
图10为矢量水听器方位估计流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，包括：岸站处理中心和多个AWG节点，
所述岸站处理中心用于对AWG节点传输来的数据进行存储与目标位置解算，并将处理结果进行显示，
所述AWG节点用于接收水中的目标声信号并进行处理，在信号检测、测向后通过GPS获得AWG各节点的GPS位置信息与时间，并将数据传输给岸站处理中心。
本发明定位***包括岸站处理中心和多个AWG节点。岸站处理中心的功能是用于对AWG节点传输来的数据进行存储与目标位置解算，并将处理结果显示出来。AWG节点的功能是用于接收水中的目标声信号并进行处理，在信号检测，测向后通过GPS获得AWG各节点的GPS位置信息与时间，将数据传输给岸站处理中心，
所述信号检测采用能量检测，信号检测的详细步骤为：首先假设AWG任一水听器接收信号为S(t)，进行时间长度为T，重叠
Figure BDA0002242559840000051
的积分，得到
Figure BDA0002242559840000052
将E(n)与设定的噪声门限C比较，如果E(n)>C，则认为该时间段内有脉冲信号，否则无脉冲信号。
如图2所示，岸站处理中心包括数据通信模块，GPS定位及授时模块，数据存储模块，数据解算模块和显控平台。
所述的岸站处理中心的数据通信模块，用于AWG节点与岸站处理中心之间传输AWG节点接收的目标声信号，GPS信息及时间等数据；
所述的岸站处理中心的GPS定位及授时模块，接收GPS信号，获得AWG节点的位置信息及位置信息对应的时间信息；
所述的岸站处理中心的数据存储模块，用于存储AWG节点传输的数据及经过解算后的数据；
所述的岸站处理中心的显控平台，用于显示数据经过处理解算后得到的相关信息。
AWG节点包括数据通信模块，GPS定位授时模块，控制模块，数据处理模块，电源模块，自主定位模块和水听器阵模块。
所述的AWG节点的数据通信模块，用于岸站处理中心与AWG节点之间传输AWG节点接收的目标声信号，GPS信息及时间等数据；
所述的AWG节点的GPS定位授时模块，用于获得AWG各节点的实时GPS位置信息与时间；
所述的AWG节点的控制模块，是指船体控制与数据控制两方面；
所述的AWG节点的船体控制，用于控制AWG的航行；数据控制，用于控制数据的传输；
所述的AWG节点的数据处理模块，用于对AWG节点接收到的数据进行信号检测，野值剔除等处理；
所述的AWG节点的太阳能电池板/电源模块，用于将太阳能转化为电能，为AWG节点各模块供电；
所述的AWG节点的自主定位模块，用于对检测到的目标信号进行处理，经过定位解算得到所需目标位置信息；
图1中附图标记1、1号声学波浪滑翔机AWG1；2、2号声学波浪滑翔机AWG2；3、3号声学波浪滑翔机AWG3；4、4号声学波浪滑翔机AWG4；5、脉冲声源；6、海底；7、岸站处理中心。
图3中1、GPS/电台天线；2、太阳能电池板/电源模块；3、水面浮体船；4、高频信标；5、脐带缆；6、牵引绳；7、承重电缆；8、电子舱；9、水听器,压力传感器。
本发明所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***的工作流程如图4所示：
(1)获取测试海域的海洋环境参数；
通过海图等方式得到海深历史数据或者使用多波束声纳进行现场测量，获得测试海域的海深，确保海底相对比较平坦；
利用历史数据或者和声速剖面仪测得声速剖面信息，确保声纳换能器工作时避开温跃层。
(2)布放AWG；
根据海深、声速剖面和任务要求定位区域确定AWG数目并设计出最优的阵型；AWG数目大于2。
对多AWG的***上电，利用GPS的秒脉冲信号对各AWG进行时间同步；
从船上布放AWG，通过卫星发送指令使AWG航行到指定位置。
(3)检测脉冲信号；
使用能量检测的方法检测脉冲信号：
将接收到的信号按一定窗长分段并计算其信号能量，如果该值超过所设定的检测门限，则认为检测到了脉冲信号；
(4)单节点数据野值剔除
计算大地坐标系下所检测到的脉冲信号方位，判断该方位是否位于AWG的合围区域，如果否，则认为该结果是野点，可以加以剔除。
(5)AWG水下基阵位置解算
两信标以一定周期发射信号，水下声学基阵接收到信号后进行带通滤波，分别与参考信号相关，计算出信号的时延差，求得水下声学基阵相对于GPS的水平距离；同时水下声学基阵对信标信号进行测向得到信标相对于声学基阵的方位；
综合水平距离和信标相对于声学基阵的方位，得到声学基阵的相对位置；加上GPS位置，得到声学基阵的绝对位置。
(6)将数据信号及位置回传到处理中心；
通过无线电回传/卫星/无人机中继，将检测到瞬态声信号后将这一小段的瞬态声信号回传到岸上基站的处理中心，回传数据内容包括AWGID，信号检测时刻，AWG经纬度坐标，脉冲数据、目标方位及对应的频谱；
(7)多节点数据野值剔除；
计算各节点所接收目标信号的特征频谱间的相关系数，当相关系数小于某值时，认为所检测结果是野点，加以剔除。
(8)目标双曲线定位解算；
将检测到的脉冲信号作相关估计基站间接收信号的时延差，利用双曲定位法解算目标的位置。
下面结合定位算法流程附图给出本发明的具体实施方式：(注：这里根据每个AWG每个AWG节点的水听器阵列形式的不同，进而导致信号处理方法的不同，一共给出了四元十字阵、圆阵、矢量方位估计和单声压水听器4种方式。)
实施例一：
(1)环境参数获取：
使用测深仪或侧扫得到作业海域的海深，确保海底尽量平坦。使用声速剖面仪测量作业海域的声速剖面信息，确保AWG上的水听器避开跃层工作。
(2)AWG布放：
将四台AWG按照一定的几何阵形布放在相应的位置，所述的阵型可以是边长为2公里的正方形的四个顶点。每台AWG分别连接一个水听器基阵。水听器基阵位于大约距离水面20米的深度处。
(3)脉冲信号检测
分别对各AWG水听器接收到的信号进行脉冲信号检测，检测方法采用能量检测，假设AWG任一水听器接收信号为S(t)，进行时间长度为T，重叠
Figure BDA0002242559840000071
的积分，得到
Figure BDA0002242559840000072
将E(n)与设定的噪声门限C比较，如果E(n)>C，则认为该时间段内有脉冲信号，否则无脉冲信号。这里通常要求T大于2倍期望脉冲宽度。
(4)单节点数据野点剔除
主要有两个标准
标准一：采用估计方位与合围区域吻合与否进行剔除。
对目标信号进行分子带方位估计，将方位估计结果进行直方图统计，得到目标信号的空间谱、估计目标方位及对应该方位下的幅频特征。
根据AWG阵型计算四个AWG合围区域内目标相对于各AWG的方位范围，当估计目标的方位不在互谱范围内时，认为是野点，加以剔除。
标准二：
脉冲信号相对于第i台AWG的方位为θ(t)i中，如果存在某时间的方位与其相邻时间点的方位均差距较大，且不符合整体方位随时间的变化趋势，则该点视为野点，该时刻检测到的信号不是目标脉冲信号，剔除此时刻检测到的信号。
(5)数据回传
通过无线电/卫星/无人机中继回传，回传数据有目标对应的方位谱，目标对应的幅频谱，AWG的ID，时间戳，位置，接收到的目标信号。
(6)多节点数据野点剔除
为实现本发明的目的，利用各节点所接收目标信号的特征频谱的相关性作进一步的野点剔除。
具体做法是：求出各节点对应目标信号特征频谱之间的相关系数，当相关系数值小于0.3时，认为检测到的是野点。
(7)双曲线交汇定位
四台AWG分别编号1号、2号、3号和4号，根据AWG上装载的GPS及水听器基阵上装载的深度计得到四台AWG所连接的水听器的位置分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)。
编号1、2、3、4的四台AWG的其中一路声压水听器接收到的信号分别为S11(t)、S21(t)、S31(t)、S41(t)，根据互相关公式
Figure BDA0002242559840000081
将2、3、4号AWG接收信号分别与1号AWG的接收信号作互相关，得到AWG节点间的接收信号的时延差τ1j，j＝2，3，4，j代表与1号AWG接收信号作相关的节点号，τ1j为1号AWG接收信号与j号AWG接收信号之间的时延差。
建立双曲定位模型
Figure BDA0002242559840000091
其中，r1j＝cτ1j (4)
c为声速，r1j为1号AWG节点到目标声源的距离与j号AWG节点到目标声源的距离差值。
将上式在位置(x1,y1,z1)处展开，可得：
式中，ε1、ε2和ε3是高阶小量，可以忽略；
Figure BDA0002242559840000093
τ′13和τ′14是根据几何关系得到的理论上声源到各基站的时延差，由
Figure BDA0002242559840000094
得到，其中声源位置(x，y，z)为每次经过迭代后的值，为已知量。
声源位置(x，y，z)的初值设定为基阵1的坐标(x1，y1，z1)，将声源位置初值带入理论时延差计算公式，得到该声源位置下的理论时延差τ′12，τ′13和τ′14，将实际测得的时延差τ12，τ13和τ14与理论时延差做差，差值Δτ12，Δτ13和Δτ14带入误差方程，得到声源位置误差Δx，Δy和Δz，将误差加在声源位置(x，y，z)上，得到新的声源位置，继续进行误差计算，不断修正声源位置，直到求得的位置误差小于Cx米，此时的声源位置为最终得到的目标声源位置坐标。
实施例二：如图5和图6所示，四元十字阵的方位估计是这样实现的：
四元十字阵由4个在同一平面的水听器组成，在此平面内由以四元十字阵中心为原点定义左手直角坐标系，四个阵元的位置分别是：阵元1(a,0)，阵元2(0,a)，阵元3(-a,0)，阵元4(0,-a)，2a为对角阵元的距离。四元十字阵的正下方安装有一个罗经，罗经的北向由中心指向阵元1，罗经与四元十字阵刚性连接。
四个水听器接收信号分别是s1(t)，s2(t)，s3(t)和s4(t)，对信号采样得到s1(n)，s2(n)，s3(n)，s4(n)，分别加窗后为
x1(n)＝s1(n)w(n) (7)
x2(n)＝s2(n)w(n) (8)
x3(n)＝s3(n)w(n) (9)
x4(n)＝s4(n)w(n) (10)
求离散傅立叶变换：
Figure BDA0002242559840000101
Figure BDA0002242559840000102
Figure BDA0002242559840000104
在分析频带内求互谱：
Figure BDA0002242559840000105
Figure BDA0002242559840000111
其中H表示复共轭。
结合罗经测量值对互谱进行修正。
Figure BDA0002242559840000113
在积分时间由对P′13和P′24进行积分求得
Figure BDA0002242559840000114
Figure BDA0002242559840000115
对信号在每个频点求方位
Figure BDA0002242559840000116
对
Figure BDA0002242559840000117
进行直方图统计，将相同方位的功率相加。
S(θ)＝∑P11(k) (22)
即得到目标信号空间谱特性，假定最大值处为目标，则目标方位θ为
Figure BDA0002242559840000118
实施方式三：如图7和图8所示，圆阵方位估计如下：
利用阵元数为M的均匀圆阵进行方位估计，假设阵列流形为(dx，dy)
dx＝RcosmΔθ,dy＝RsinmΔθ，
Figure BDA0002242559840000119
圆阵1的接收到M个阵元的信号表示为[x1(n) x2(n) x3(n) … xM(n)]。
首先对各通道信号分别进行傅里叶变换，得到
[X1(k) X2(k) X3(k) … XM(k)]
将傅里叶变换后的各阵元信号分别进行子带滤波，第i个子带的中心频率为ki，该子带的滤波器通带为
Figure BDA0002242559840000121
其中，
Figure BDA0002242559840000122
为第i个子带的上限频率，为第i个子带的下限频率，分子带滤波后得到
Figure BDA0002242559840000124
其中，
Figure BDA0002242559840000125
为阵元1的各子带滤波结果，ki代表第i个子带的中心频率。
计算阵元1的各子带信号的功率P(ki)，
Figure BDA0002242559840000127
对每个子带的M元阵滤波结果，分别做一次波束形成。
以第i个子带为例，此时该子带信号中心频率为ki，对各阵元的滤波后的信号补偿相位差。
设圆阵圆心为参考点，阵元m相对阵中心的相位差为
Figure BDA0002242559840000128
其中τn为阵元m接收到的信号相对阵中心的时延，
Figure BDA0002242559840000129
其中，θ为信号方向，
Figure BDA00022425598400001210
m＝0，1…M-1，c为声速。
信号方向θ由0到359°进行搜索，经过相位补偿后得到
Figure BDA00022425598400001211
各阵元信号补偿相位差后求和得到基阵输出信号S(ki，θ)，
其中，
Figure BDA00022425598400001213
求出基阵输出信号功率
P＝|S(ki，θ)|2 (30)
得到各波束的能量P(θ)，最大能量对应的方位θ即为该子带，即频率为ki的信号方位。
对每个频点ki均进行一次波束形成求出方位后，得到各频点对应方位θ(ki)。
根据各频点的方位θ(ki)，将各频点的自谱P(ki)进行直方图统计，即将相同方位上的频点的自谱能量进行累加，得到
P(α)＝∑P(ki) (31)
这里P(ki)满足α-Δα<θ(ki)<α+Δα，Δα为角度间隔，Pα(ki)表示α方向的频点对应的自谱能量，P(α)为α方向上的能量和。直方图统计结果P(α)中，能量最大的方向即为估计出的目标信号的方向。
实施例四：如图9和图10所示，矢量水听器的方位估计是这样实现的：
利用矢量水听器在同一点采集待测目标辐射的声信号，所述声信号包括一路声压信号p(n)和两路振速信号vx(n)和vy(n)，0＜n＜Q，Q为每路信号的样本数，所述两路振速信号的方向位于同一水平面、且相互垂直；其中vx(n)方向对着正北，vy(n)方向对着正东。
首先对信号进行线性相位带通滤波，使信号为工作频带，带通滤波器频带为[fL，fH]，阶数为N，滤波后得到
Figure BDA0002242559840000131
和
Figure BDA0002242559840000132
对信号分别进行N点傅里叶变换，得到P(k)，Vx(k)，Vy(k)求互谱和自谱，得到
Figure BDA0002242559840000133
Figure BDA0002242559840000134
P(k)＝P(k)PH(k) (34)
取实部求反正切得到不同频点的方位θ(k)，
Figure BDA0002242559840000135
其中，k的取值范围为k1＜k＜k2，且
Figure BDA0002242559840000141
Figure BDA0002242559840000142
其中，fs为信号采样频率，fL和fH分别为工作频带的下限频率和上限频率。
根据各频点的方位θ(k)，将各频点的自谱P(k)进行直方图统计，即将相同方位上所有频点的自谱能量进行累加，得到
P(α)＝∑P(k) (38)
这里P(k)满足α-Δα＜θ(k)＜α+Δα，Δα为角度间隔，Pα(k)表示α方向的所有频点对应的自谱能量，P(α)为α方向上的能量和。直方图统计结果P(α)中，能量最大的方向即为估计出的目标信号的方向。
实施例五：
如果每个AWG节点的水听器为单个水听器，则不需要进行步骤四和步骤六的野点剔除。
所述的AWG节点的水听器阵模块，用于接收水中的声信号需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于包括：岸站处理中心和AWG节点，
所述岸站处理中心用于对AWG节点传输来的数据进行存储与目标位置解算，并将处理结果进行显示，
所述AWG节点用于接收水中的目标声信号并进行处理，在信号检测、测向后通过GPS获得AWG各节点的GPS位置信息与时间，并将数据传输给岸站处理中心，
所述信号检测采用能量检测，信号检测的详细步骤为：首先假设AWG任一水听器接收信号为S(t)，进行时间长度为T，重叠
Figure FDA0002242559830000011
的积分，得到
Figure FDA0002242559830000012
将E(n)与设定的噪声门限C比较，如果E(n)＞C，则认为该时间段内有脉冲信号，否则无脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于：所述岸站处理中心包括岸站数据通信模块、岸站GPS定位及授时模块、岸站数据存储模块、岸站数据解算模块和显控平台，
所述岸站数据通信模块用于在AWG节点与岸站处理中心之间传输AWG节点接收的目标声信号，GPS信息及时间数据；
所述岸站GPS定位及授时模块用于接收GPS信号，并获取AWG节点的位置信息及位置信息对应的时间信息；
所述岸站数据存储模块用于存储AWG节点传输的数据及经过解算后的数据；
所述显控平台用于显示数据经过处理解算后得到的相关信息；
所述AWG节点包括节点数据通信模块，节点GPS定位授时模块，节点控制模块，节点数据处理模块，电源模块，自主定位模块和水听器阵模块；
所述节点数据通信模块用于岸站处理中心与AWG节点之间传输AWG节点接收的目标声信号，GPS信息及时间等数据；
所述节点GPS定位授时模块用于获得AWG各节点的实时GPS位置信息与时间；
所述节点控制模块包括船体控制单元和数据控制单元，所述船体控制单元用于控制AWG的航行，所述数据控制单元用于控制数据的传输；
所述节点数据处理模块用于对AWG节点接收到的数据进行信号检测，野值剔除处理；
所述电源模块用于为AWG节点各模块供电；
所述自主定位模块用于对检测到的目标信号进行处理，然后进行定位解算得到所需目标位置信息；
所述水听器阵模块用于接收水中的声信号。
3.根据权利要求2所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于：所述野值剔除处理包括单节点数据野点剔除和多节点数据野点剔除。
4.根据权利要求3所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于：所述单节点数据野点剔除采用估计方位与合围区域吻合与否进行剔除，其具体步骤为首先对目标信号进行分子带方位估计，将方位估计结果进行直方图统计，得到目标信号的空间谱、估计目标方位及对应该方位下的幅频特征，然后根据AWG阵型得到多个AWG合围区域内目标相对于各AWG的方位范围，当估计目标的方位不在互谱范围内时，认为是野点，加以剔除。
5.根据权利要求3所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于：所述单节点数据野点剔除的具体步骤为：首先脉冲信号相对于第i台AWG的方位为θ(t)i中，如果存在某时间的方位与其相邻时间点的方位均差距大，且不符合整体方位随时间的变化趋势，则该点视为野点，该时刻检测到的信号不是目标脉冲信号，剔除此时刻检测到的信号。
6.根据权利要求3所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于：所述多节点数据野点剔除的具体步骤为：首先求出各节点对应目标信号特征频谱之间的相关系数，当相关系数值小于0.3时，认为检测到的是野点。
7.根据权利要求2所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于：所述自主定位模块采用双曲线交汇定位，其具体步骤为：首先将m个AWG分别编号，根据AWG上装载的GPS及水听器基阵上装载的深度计得到AWG所连接的水听器的位置分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)…(xm，ym，zm)，m台AWG的其中一路声压水听器接收到的信号分别为
S11(t)、S21(t)...Sm1(t)，根据互相关公式
Figure FDA0002242559830000021
将2至m号AWG接收信号分别与1号AWG的接收信号作互相关，得到AWG节点间的接收信号的时延差τ1j，j＝2，3...m，j代表与1号AWG接收信号作相关的节点号，τ1j为1号AWG接收信号与j号AWG接收信号之间的时延差，建立双曲定位模型
Figure FDA0002242559830000031
其中，r1j＝cτ1j (4)
c为声速，r1j为1号AWG节点到目标声源的距离与j号AWG节点到目标声源的距离差值，
将上式在位置(x1，y1，z1)处展开，可得：
Figure FDA0002242559830000032
式中，ε1和εm-1是高阶小量，可以忽略；
Figure FDA0002242559830000033
τ′12和τ′1m是根据几何关系得到的理论上声源到各基站的时延差，由
Figure FDA0002242559830000034
得到，其中声源位置(x，y，z)为每次经过迭代后的值，为已知量，
声源位置(x，y，z)的初值设定为基阵1的坐标(x1，y1，z1)，将声源位置初值带入理论时延差计算公式，得到该声源位置下的理论时延差τ′12和τ′1m，将实际测得的时延差τ12和τ1m与理论时延差做差，差值Δτ12和Δτ1m带入误差方程，得到声源位置误差Δx，Δy和Δz，将误差加在声源位置(x，y，z)上，得到新的声源位置，继续进行误差计算，不断修正声源位置，直到求得的位置误差小于Cx米，此时的声源位置为最终得到的目标声源位置坐标。
8.根据权利要求2所述的基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位***，其特征在于：所述电源模块采用太阳能电池板。
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