CN113495275A - 一种单水听器垂直合成孔径被动定位方法、***及应用 - Google Patents

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CN113495275A CN202110563538.3A CN202110563538A CN113495275A CN 113495275 A CN113495275 A CN 113495275A CN 202110563538 A CN202110563538 A CN 202110563538A CN 113495275 A CN113495275 A CN 113495275A
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Abstract

本发明属于水中目标探测技术领域，公开了一种单水听器垂直合成孔径被动定位方法、***及应用，构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；定义速度代价函数，进行目标径向运动速度估计；定义距离‑深度模糊度函数，预估目标距离和深度；定义距离代价函数，提高目标距离和深度估计精度，得到最优目标位置。针对长孔径垂直阵存在的设计复杂度高、布放困难、姿态不易控制等问题，本发明利用垂直运动单个水听器实现垂直阵合成孔径，结合垂直阵匹配场被动定位方法，估计水下目标位置和运动速度；在降低***设计和布设复杂度的前提条件下，充分发挥垂直阵目标探测的优势，为水下运动平台探测目标提供新思路，为改善运动平台探测能力提供技术支持。

Description

一种单水听器垂直合成孔径被动定位方法、***及应用
技术领域
本发明属于水中目标探测技术领域，尤其涉及一种单水听器垂直合成孔径 被动定位方法、***及应用。
背景技术
目前，水中目标辐射噪声多集中于低频段，声波波长较长，无论是目标方 位分辨能力，还是目标定位精度，都对声纳孔径提出了更高的要求。相对于单 水听器或短孔径基阵，长基阵声纳***在设计复杂度和工程布放难度都有明显 提高，因此基于单水听器或者短阵的合成孔径声纳被动探测技术在水声对抗和 目标探测定位中得到广泛应用。
国内外学者对基于垂直阵的匹配场被动定位方法也做了大量的理论和实验 研究，研究结果表明：垂直阵相对于水平阵在低频目标探测和定位中具有一定 的优势。但是实际应用中，由于垂直阵在布放及姿态控制方面存在较大劣势， 尤其对于运动载体，并且在深海环境下，也很难保证垂直阵的有效孔径。
(1)长孔径垂直阵设计复杂度高、工程实用性差
长孔径垂直阵存在的设计复杂度高、布放困难、姿态不易控制等问题，尤 其是对运动载体而言，长孔径垂直阵的布放几乎不可能，这也限制了垂直阵的 应用。单水听器合成孔径可以简化***设计复杂度，提高探测***的机动性和 灵活性。
(2)水下运动探测平台缺乏有效垂直阵列合成技术
目前基于运动小平台的分布式探测方式被广泛关注和应用，多平台协作需 要信息传输，单平台探测能力有限。为了提高单平台的探测能力，有必要开展 基于垂向运动单平台的垂直合成孔径技术研究，充分发挥垂直阵在水中目标探 测应用中的优势。
目前水下滑翔机、UUV、波浪滑翔机、潜标浮标***等水下运动小平台被 广泛应用与水中目标探测领域，利用水下运动探测平台的垂向移动信息以及移 动过程中获取的声学数据，通过垂直合成孔径技术充分开发阵列处理在声探测 中的优势，为运动小平台提供新的探测手段，进而提高运动平台的声探测能力。
虽然水平合成孔径技术及其相应定位方法相对成熟，但是垂直合成孔径定 位方法目前公开报道较少。因此，垂直合成孔径也为水下运动平台探测水中目 标提供一种新思路。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)长孔径垂直阵存在的设计复杂度高、布放困难、姿态不易控制等问题， 尤其对运动载体而言，长孔径垂直阵的布放几乎不可能，限制了垂直阵的应用。
(2)水下运动探测平台缺乏有效垂直阵列合成技术，多平台协作需要信息 传输，单平台探测能力有限。
(3)关于垂直合成孔径定位方法目前公开报道较少。
解决以上问题及缺陷的难度为：
(1)运动平台无法携带垂直阵，垂直阵只能以潜浮标和固定平台方式工作， 而运动平台是声纳***的主要载体，运动平台垂直阵探测技术需要另辟蹊径。
(2)目前合成孔径技术多用于水平方向，针对水下运动平台的垂直合成孔 径技术亟待开发。
(3)设计模基匹配的单水听器垂直合成孔径方法，实现速度和距离+深度 “1+2”维参数估计算法是实现被动定位的关键。
解决以上问题及缺陷的意义为：
(1)在降低垂直阵***设计和布设复杂度的前提下，充分发挥垂直阵目标 探测的优势，适用于UUV、AUV、滑翔机等多种平台。
(2)符合目前小平台探测技术发展趋势，为运动小平台提供新的探测手段， 为提高单个水下小平台探测能力提供技术支持。
(3)单水听器垂直合成孔径处理可有效减少信息传输量，为多平台协作减 轻数据通信压力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种单水听器垂直合成孔径被动 定位方法、***及应用，旨在解决长孔径垂直阵存在的设计复杂度高、布放困 难、姿态不易控制等问题。
本发明是这样实现的，一种单水听器垂直合成孔径被动定位方法，所述单 水听器垂直合成孔径被动定位方法包括以下步骤：
步骤一，构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；提供单水听器垂直 合成孔径被动定位的理论基础和匹配处理的正演声场模型。
步骤二，定义速度代价函数，估计目标径向运动速度；通过测量环境数据 和声场模型计算，利用模基匹配和寻优算法，获取目标运动信息，并为目标距 离-深度预估提供先验信息。
步骤三，定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；在已知径向运 动速度的前提下，结合传统匹配场处理思路，提供预估目标距离和深度的模糊 度函数，是下一步精确估计目标位置的前提。
步骤四，定义距离估计代价函数，提高目标距离估计精度，得到最优目标 位置估计结果；利用目标距离-深度模糊度函数，进一步定义距离估计代价函数， 减少旁瓣和多值性影响，提高距离估计精度，并给出最优目标位置估计结果。
进一步，步骤一中，所述构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型，包 括：
假设目标沿与目标和水听器的水平连线夹角θ方向做匀速运动，速度为V， 径向运动速度v＝Vcosθ，目标辐射圆频率为ω的简谐信号；无指向性水听器在深 度方向做匀速运动，移动速度为u。水听器在0时刻的深度为z0，在T时刻移动的 海底深度H。以0时刻的水听器为参考点，假设目标的未知水平距离为r0，目标 深度为zs，在几何上可以近似等效为目标是静止的，水听器垂向运动速度为u， 水平运动速度为-v。
如果已知海洋环境信息，计算得到简正波本征波数kn和本征函数Φn(z)，水 听器在t∈[0,T]时间内接收的声压解析信号为：
Figure BDA0003079997820000041
其中，
Figure BDA0003079997820000042
如果以运动目标作为参考点，水听器的移动轨迹可以合成一条倾斜的线列 阵，阵元水平间距为ΔR＝vcosθΔt，垂直间距为ΔZ＝uΔt，Δt为垂直阵合成采样时 间。第n个等效阵元，即第n个采样时刻接收的信号为：
Figure BDA0003079997820000043
进一步，所述海洋环境信息的获取方法为：在水听器下放期间附带温度压 力传感器，测量温度剖面和水听器在不同时刻的实际深度。
进一步，步骤二中，所述目标径向运动速度估计，包括：
类似于加权波数形成处理，设定目标移动速度区间v'∈[V1,V2]，以exp(-ikmv't)为“导向”矢量，第m号简正波的本征函数Φm(z0+ut)为加权矢量做如下处理：
Figure BDA0003079997820000044
在(3)式数值积分时，时间步长要满足vΔt＜λ，即合成孔径的水平间距小 于声波波长。不失一般性，令z0＝0，uT＝H，H为水体深度。
根据简正波的正交性可知，当n＝m，v’＝v时，|Fm|取最大值。
定义确定目标运动速度的代价函数：
Figure BDA0003079997820000051
代价函数的最大值对应于目标径向移动速度的估计值：
Figure BDA0003079997820000052
进一步，步骤三中，所述定义距离-深度模糊度函数，包括：
把(3)式写作矩阵形式：
F＝MS (6)
其中，
F＝[F1(v),F1(v),......,FN(v)]T；
Figure BDA0003079997820000053
Figure BDA0003079997820000054
则有：
S＝M-1F (8)
定义估计目标距离和深度(r-z)的模糊度函数为：
Figure BDA0003079997820000055
把(7)式代入(9)式，当r＝r0时，模糊度函数可以近似表示为：
Figure BDA0003079997820000056
模糊度函数RD最大值对应的距离和深度为目标距离和深度：
Figure BDA0003079997820000057
进一步，步骤四中，所述定义距离估计代价函数，包括：
跟匹配场处理方法类似，利用(11)式估计声源位置，在r-z模糊度平面内 出现多个极大值，为了更好的判断真实位置，归一化代价函数|RD(r,z)|为：
Figure BDA0003079997820000058
定义距离代价函数，考察不同距离处深度估计的准确度：
Figure BDA0003079997820000061
其中，
Figure BDA0003079997820000062
则距离的估计值为：
Figure BDA0003079997820000063
最优目标位置估计结果为：
(rs,zs)＝(rmax,zmax(rmax)) (15)
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的单水听器垂直合成孔径被动定 位方法的单水听器垂直合成孔径被动定位***，所述单水听器垂直合成孔径被 动定位***包括：
模型构建模块，用于构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
运动速度估计模块，用于通过定义速度估计代价函数，进行目标径向运动 速度估计；
目标位置预估模块，用于通过定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和 深度；
目标位置估计模块，用于通过定义距离估计代价函数，提高目标距离和深 度估计精度，得到最优目标位置估计结果。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述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，所述计算机程序被所述处理器执行 时，使得所述处理器执行如下步骤：
(1)构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
(2)定义速度估计代价函数，估计目标径向运动速度；
(3)定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；
(4)定义距离估计代价函数，提高目标距离和深度估计精度，得到最优目 标位置。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
(1)构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
(2)定义速度估计代价函数，估计目标径向运动速度；
(3)定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；
(4)定义距离估计代价函数，提高目标距离和深度估计精度，得到最优目 标位置。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终 端用于实现所述的单水听器垂直合成孔径被动定位***。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：理论和实 验研究表明基于垂直阵的被动定位技术在低频水下声学目标被动探测与定位中 具有一定优势。针对长孔径垂直阵存在的设计复杂度高、布放困难、姿态不易 控制等问题，本发明利用垂直运动的单个水听器实现垂直阵合成孔径，结合垂 直阵匹配场被动定位方法，估计水下目标位置和运动速度等信息。本发明在降 低***设计和布设复杂度的前提条件下，充分发挥垂直阵目标探测的优势，为 水下运动平台探测目标提供新思路，为改善运动平台的探测能力提供技术支持。 同时，本发明提供的单水听器垂直合成孔径被动定位方法还具有以下效果：
(1)***设计复杂度低
基于单水听器垂直阵合成孔径的被动定位***设计复杂度低，相比于长孔 径垂直阵探测***，该方法仅需要一个水听器或几个水听器构成的短基阵。
(2)适用于多种安装平台
垂直阵合成孔径配以压力传感器和载体水文绞车(或者其它吊车)工作。 船载绞车、水下无人运动平台，潜标浮标***。
(3)探测方式多样化
既可以单基地工作，也可以分布式协作。无论是船载方式，还是搭载水下 无人平台或潜标浮标***，可以实现多平台协作模式，适用于大范围分布式探 测，大大提高了探测***的机动性和灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的单水听器垂直合成孔径被动定位方法流程图。
图2是本发明实施例提供的单水听器垂直合成孔径被动定位***结构框图；
图中：1、模型构建模块；2、运动速度估计模块；3、目标参数计算模块； 4、目标位置估计模块。
图3是本发明实施例提供的单水听器垂直阵合成孔径示意图。
图3(a)是本发明实施例提供的目标以速度v沿与目标-水听器连线夹角θ方 向做匀速直线运动，目标移动的同时水听器以速度u沿深度方向做匀速直线运 动的示意图。
图3(b)是本发明实施例提供的合成孔径，假设目标固定，根据不同时刻水听 器所在的深度和相对目标的距离可以合成一条倾斜的线列阵的示意图，阵元水 平间距为ΔR＝vΔt，垂直间距为ΔZ＝uΔt，Δt为合成孔径采样时间。
图4是本发明实施例提供的目标与水听器相对位置和运动状态俯视图。
图5是本发明实施例提供的目标径向速度估计结果示意图(速度5m/s)。
图6是本发明实施例提供的目标距离-深度估计结果示意图(距离6km，深 度30m)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种单水听器垂直合成孔径被动 定位方法、***及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的单水听器垂直合成孔径被动定位方法包 括以下步骤：
S101，构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
S102，定义速度估计代价函数，进行目标径向运动速度估计；
S103，定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；
S104，定义距离估计代价函数，提高距离和深度估计精度，得到最优目标 位置估计结果。
如图2所示，本发明实施例提供的单水听器垂直合成孔径被动定位***包 括：
模型构建模块1，用于构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
运动速度估计模块2，用于通过定义速度估计代价函数，进行目标径向运动 速度估计；
目标参数计算模块3，用于通过定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离 和深度；
目标位置估计模块4，用于通过定义距离估计代价函数，提高距离和深度估 计精度，得到最优目标位置估计结果。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
理论和实验研究表明基于垂直阵的被动定位技术在低频水下声学目标被动 探测与定位中具有一定优势。针对长孔径垂直阵存在的设计复杂度高、布放困 难、姿态不易控制等问题，利用垂直运动的单个水听器实现垂直阵合成孔径， 结合垂直阵匹配场被动定位方法，估计水下目标位置和运动速度等信息。在降 低***设计和布设复杂度的前提条件下，充分发挥垂直阵目标探测的优势，为 水下运动平台探测目标提供新思路，为改善运动平台的探测能力提供技术支持。
本发明实施例提供的单水听器垂直合成孔径被动定位方法包括：
步骤1：单水听器合成垂直孔径策略与声场模型
为了简化垂直合成孔径模型，这里考虑水平不变的分层介质波导，利用简 正波方法分析讨论垂直合成孔径的基本原理。假设目标沿与目标和水听器的水 平连线夹角θ方向做匀速运动，速度为V，径向运动速度v＝Vcosθ，目标辐射圆频 率为ω的简谐信号；无指向性水听器在深度方向做匀速运动，移动速度为u。水 听器在0时刻的深度为z0，在T时刻移动的海底深度H。假设目标的未知水平距离 (以0时刻的水听器为参考点)为r0，目标深度为zs，如图3(a)所示。这在几何上 可以近似等效为目标是静止的，水听器垂向运动速度为u，水平运动速度为-v， 如图3(b)所示。图4为目标和水听器位置关系的俯视图。
如果已知海洋环境信息(可以在水听器下放期间附带温度压力传感器，测 量温度剖面和水听器在不同时刻的实际深度)，可以计算得到简正波本征波数kn和本征函数Φn(z)，水听器在t∈[0,T]时间内接收的声压解析信号为：
Figure BDA0003079997820000101
其中，
Figure BDA0003079997820000102
如果以运动目标作为参考点，水听器的移动 轨迹可以合成一条倾斜的线列阵，阵元水平间距为ΔR＝vcosθΔt，垂直间距为 ΔZ＝uΔt，Δt为垂直阵合成采样时间，如图3(b)所示。第n个等效阵元(第n个采样 时刻)接收的信号为：
Figure BDA0003079997820000103
步骤2：目标径向运动速度估计方法
类似于加权波数形成处理，设定目标移动速度区间v'∈[V1,V2]，以exp(-ikmv't)为“导向”矢量，第m号简正波的本征函数Φm(z0+ut)为加权矢量做如下处理：
Figure BDA0003079997820000111
为防止栅瓣出现，在(3)式数值积分时，时间步长要满足vΔt＜λ，即合成 孔径的水平间距小于声波波长。不失一般性，令z0＝0，uT＝H，H为水体深度。
根据简正波的正交性可知，当n＝m，v’＝v时，|Fm|取最大值。定义确定目标 运动速度的代价函数：
Figure BDA0003079997820000112
代价函数的最大值对应于目标径向移动速度的估计值：
Figure BDA0003079997820000113
步骤3：距离-深度模糊度函数
把(3)式写作矩阵形式：
F＝MS (6)
其中，
F＝[F1(v),F1(v),......,FN(v)]T；
Figure BDA0003079997820000114
Figure BDA0003079997820000115
则有：
S＝M-1F (8)
定义估计目标距离和深度(r-z)的模糊度函数为：
Figure BDA0003079997820000116
把(7)式代入(9)式，当r＝r0时，模糊度函数可以近似表示为：
Figure BDA0003079997820000121
模糊度函数RD最大值对应的距离和深度为目标距离和深度。
Figure BDA0003079997820000122
步骤4：距离估计代价函数
跟匹配场处理方法类似，利用(11)式估计声源位置，在r-z模糊度平面内 出现多个极大值，为了更好的判断真实位置，归一化代价函数|RD(r,z)|为：
Figure BDA0003079997820000123
为了考察不同距离处深度估计的准确度，定义距离代价函数：
Figure BDA0003079997820000124
其中
Figure BDA0003079997820000125
则距离的估计值为：
Figure RE-GDA0003223316580000126
最优目标位置估计结果为：
(rs,zs)＝(rmax,zmax(rmax)) (15)
实施例2：仿真算例
仿真环境为Pekeris波导，水体均匀，深度60m，声速为1500m/s，密度 1.024g/cm3；海底为液态半无限空间，密度为1.7g/cm3，声速为1650m/s，衰减 系数为0.3dB/λ。声源频率1000Hz，其共有15阶传播模态简正波。设目标深度 为30m，目标沿目标-水听器连线径向匀速运动，速度为v＝5m/s，水听器垂直移 动速度为u＝1m/s，初始距离为r0＝6km。目标移动速度搜索区间[0m/s,10m/s]，间 隔0.5m/s。为防止栅瓣出现，在(2)式数值积分时，时间步长要满足vΔt＜λ， 即合成孔径的水平间距小于声波波长，本算例令Δt＝0.1s，一般情况下实验数据 采样时间间隔远小于0.1s，满足抑制栅瓣的条件。
图5为利用公式(5)估计的目标径向运动速度结果；图6为利用公式(11) 估计的目标距离-深度模糊度函数结果，最大值对应的距离和深度分别为6km和 30m。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组 合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程 序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指 令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可 以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算 机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向 另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、 计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或 无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据 中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用 介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。 所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、 或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单水听器垂直合成孔径被动定位方法，其特征在于，所述单水听器垂直合成孔径被动定位方法包括：
构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
定义速度估计代价函数，估计目标径向运动速度；
定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；
定义距离估计代价函数，提高目标距离和深度估计精度，得到最优目标位置。
2.如权利要求1所述的单水听器垂直合成孔径被动定位方法，其特征在于，所述构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型，包括：目标沿与目标和水听器的水平连线夹角θ方向做匀速运动，速度为V，径向运动速度v＝Vcosθ，目标辐射圆频率为ω的简谐信号；无指向性水听器在深度方向做匀速运动，移动速度为u；水听器在0时刻的深度为z0，在T时刻移动的海底深度H；以0时刻的水听器为参考点，假设目标的未知水平距离为r0，目标深度为zs，在几何上近似等效为目标是静止的，水听器垂向运动速度为u，水平运动速度为-v；
如果已知海洋环境信息，计算得到简正波本征波数kn和本征函数Φn(z)，水听器在t∈[0,T]时间内接收的声压解析信号为：
Figure FDA0003079997810000011
其中，
Figure FDA0003079997810000012
如果以运动目标作为参考点，水听器的移动轨迹合成一条倾斜的线列阵，阵元水平间距为ΔR＝vcosθΔt，垂直间距为ΔZ＝uΔt，Δt为垂直阵合成采样时间；第n个等效阵元，即第n个采样时刻接收的信号为：
Figure FDA0003079997810000013
3.如权利要求2所述的单水听器垂直合成孔径被动定位方法，其特征在于，所述海洋环境信息的获取方法为：在水听器下放期间附带温度压力传感器，测量温度剖面和水听器在不同时刻的实际深度。
4.如权利要求1所述的单水听器垂直合成孔径被动定位方法，其特征在于，所述目标径向运动速度估计，包括：目标移动速度区间v'∈[V1,V2]，以exp(-ikmv't)为“导向”矢量，第m号简正波的本征函数Φm(z0+ut)为加权矢量做如下处理：
Figure FDA0003079997810000021
在数值积分时，时间步长要满足vΔt＜λ，即合成孔径的水平间距小于声波波长；不失一般性，令z0＝0，uT＝H，H为水体深度；
根据简正波的正交性可知，当n＝m，v’＝v时，|Fm|取最大值；
定义确定目标运动速度的代价函数：
Figure FDA0003079997810000022
代价函数的最大值对应于目标径向移动速度的估计值：
Figure FDA0003079997810000023
5.如权利要求1所述的单水听器垂直合成孔径被动定位方法，其特征在于，所述定义距离-深度模糊度函数，包括：
把式
Figure FDA0003079997810000024
写作矩阵形式：
F＝MS；
其中，
F＝[F1(v),F1(v),......,FN(v)]T；
Figure FDA0003079997810000031
Figure FDA0003079997810000032
则有：
S＝M-1F；
定义估计目标距离和深度(r-z)的模糊度函数为：
Figure FDA0003079997810000033
把式F＝[F1(v),F1(v),......,FN(v)]T代入式
Figure FDA0003079997810000034
当r＝r0时，模糊度函数近似表示为：
Figure FDA0003079997810000035
模糊度函数RD最大值对应的距离和深度为目标距离和深度：
Figure FDA0003079997810000036
6.如权利要求1所述的单水听器垂直合成孔径被动定位方法，其特征在于，步骤四中，所述定义距离估计代价函数，包括：
跟匹配场处理方法类似，利用式
Figure FDA0003079997810000037
估计声源位置，在r-z模糊度平面内出现多个极大值，为了提高距离和深度估计精度，归一化代价函数|RD(r,z)|为：
Figure FDA0003079997810000038
定义距离代价函数，考察不同距离处深度估计的准确度：
Figure FDA0003079997810000039
其中，
Figure FDA00030799978100000310
则距离的估计值为：
Figure FDA0003079997810000041
最优目标位置估计结果为：
(rs,zs)＝(rmax,zmax(rmax))。
7.一种实施权利要求1～6任意一项所述的单水听器垂直合成孔径被动定位方法的单水听器垂直合成孔径被动定位***，其特征在于，所述单水听器垂直合成孔径被动定位***包括：
模型构建模块，用于构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
运动速度估计模块，用于通过定义速度估计代价函数，进行目标径向运动速度估计；
目标位置预估模块，用于通过定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；
目标位置估计模块，用于通过定义距离估计代价函数，提高目标距离和深度估计精度，得到最优目标位置估计结果。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述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，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
(1)构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
(2)定义速度估计代价函数，估计目标径向运动速度；
(3)定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；
(4)定义距离估计代价函数，提高目标距离和深度估计精度，得到最优目标位置。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
(1)构建单水听器合成垂直孔径策略与声场模型；
(2)定义速度估计代价函数，估计目标径向运动速度；
(3)定义距离-深度模糊度函数，预估目标距离和深度；
(4)定义距离估计代价函数，提高目标距离和深度估计精度，得到最优目标位置。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述的单水听器垂直合成孔径被动定位***。
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