水下无人系统学报
Journal of Unmanned Undersea Systems
2024年第4期
空海跨域通信专栏
基于跨域信息同步的多基地主动定位方法
署名作者：
王永丰1, 林晋美1, 董雷2, 邱赛3
作者单位：
1. 中航航空电子有限公司, 北京, 100086
2. 中国电子科技集团公司 第十五研究所, 北京, 100083
3. 中国海洋大学 信息科学与工程学部, 山东 青岛, 266100
摘要
信息同步问题是多基地主动声呐系统应用的难点之一。现有研究和应用中通常假设接收站已知发射站脉冲发射时刻、声源空间位置信息以及发射波形参数, 能够据此计算回波声程并对目标进行定位, 同时获得回波信号时间处理增益, 但这些条件在实际中并不一定能满足。文中讨论了不同应用场景中信息同步面临的障碍和可能采取的方案; 然后针对收发站之间存在外部通信链路, 但链路不可靠或时延不确定的情况, 提出了一种利用跨域信息同步实现多基地主动定位的方法; 该方法利用直达波先于目标回波到达接收站这一基本物理规律, 接收站先通过外部链路获得发射站位置和波形参数信息, 并利用直达波到达时刻和站间距离估计发射时刻, 具有较高的工程可行性; 最后, 对影响时间和位置同步精度的因素以及由时空信息误差所引起的目标定位误差进行讨论和仿真分析。
引言
传统单基地主动声呐系统中, 发射站与接收站在同一位置, 通过接收和处理目标在声波入射方向上的回波进行探测。潜艇呈长条形, 单基地目标反射强度随声波入射舷角大幅度变化[1-2]。目标潜艇利用这一特性, 在侦听到主动声呐探测脉冲后调整航向, 可使回波信号强度降低, 导致单基地主动声呐作用距离下降, 从而降低被探测到的概率[3]。同时, 由于水声信道的多途效应, 传播损失不是随距离单调增加的平滑曲线, 而是存在较大起伏, 特别是在浅海环境下, 单基地主动声呐在实际应用中探测性能不稳定[4]。
多基地主动声呐系统中, 发射站与接收站位于不同空间位置, 通常处于目标的不同方位上。此时目标反射强度不但与入射角有关, 还与接收机和声源之间的分置角有关[5-6]。由于接收站工作在被动状态, 目标潜艇无法获取其位置, 因此无法实施有效的机动规避。探测方通过组合使用不同方位和距离上的多个接收机, 能够避开目标反射强度极小方位, 同时克服信道起伏的影响, 从而提高目标探测概率。
鉴于多基地主动声呐系统的潜在优势, 近20年来, 学术界针对多基地主动声呐关键技术和效能分析开展了大量研究工作[7-8], 相关理论已经逐渐完善和成熟。然而, 几乎所有多基地相关的研究工作都默认收发之间已经实现了信息同步, 但实际工程中, 接收站与发射站之间的时空信息同步往往存在困难[9]。文中针对这一问题, 首先讨论不同应用场景中信息同步面临的障碍和可能采取的方案; 然后针对收发站之间存在外部通信链路、但链路不可靠或时延不确定的情况, 提出一种利用跨域信息同步实现多基地主动定位的方法；最后对时空同步误差所引起的目标定位误差进行分析。
结束语
文中提出的跨域信息同步方法利用现有硬件资源实现, 不需要建立收发站间专门的同步链路, 具有较好的工程可实现性。该方法的目标定位精度受到收发站空间分布配置、收发站自身定位精度及直达波延时估计精度等多重因素影响。文中仅针对一种假设的航空声呐应用场景进行了仿真分析。未来还需要针对不同场景进行建模仿真并开展试验验证工作。
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参考文献略
文章有删减，原文刊登于《水下无人系统学报》2024年第32卷第4期，点击阅读原文可查看。
