本发明属于水面/水下目标识别处理领域。具体涉及了一种利用声场的0阶、1阶、2阶声学矢量信息实现源深度近似估计方法。
背景技术：
1、水面/水下目标分辨识别是声纳信号处理的一个重要问题，源深度估计是分析该问题的重要途径。较为有效的方式是通过分析接收目标信号的特征，进行匹配处理或从特征中提取源深度。从声信号处理的角度出发，目前常用的特征有：信号的时域到达时间、频域宽带干涉模式和空域到达角度等。
2、估计深海声源深度的方法主要有以下几种：
3、其一、一种利用近海面水平阵估计深海声源深度的匹配到达结构方法(朱方伟等."利用近海面水平阵估计深海声源深度的匹配到达结构方法.",cn202111551144.2.2022.)，将近海面水平阵接收到的宽带信号进行处理得到波数谱并提取水平波数和垂直波数，最后通过测量场和拷贝场的匹配估计声源深度。
4、其二、一种深海声强与垂直阵列匹配的声源定位(wenxu,et al."sourcelocalization by matching sound intensity with a vertical array in the deepocean."the journal of the acoustical society of america 146.6(2019):el477.)，对宽带声源所产生的声强随频率和深度分布规律的干涉条纹进行匹配，估计源深度。
5、其三、一种深海基于深度的垂直线阵列信号分离方法(mccargar,reid,andl.m.zurk."depth-based signal separation with vertical line arrays in the deepocean."the journal of the acoustical society of america 133.4(2013):el320-el325.)，引入了一种基于物理的傅立叶变换变体，该变体通过利用水下源的直接和表面反射传播路径的相干相加所产生的空间结构来实现基于深度的信号分离。随后其又分析了该方法的性能(kniffin,gabriel p.,et al."performance metrics for depth-basedsignal separation using deep vertical line arrays."the journal of theacoustical society of america 139.1(2016):418-425.)，并提出了一种基于深度谐波干扰零点的角间距的简化深度估计方案。两种方法均是从干涉声场的空间调制周期中直接提取声源深度，需要大尺度垂直阵的同时还需要长时间的俯仰角跟踪。
6、由以上文献发现，国内外学者们通常采用匹配法和提取法这两种方案来估计声源深度。匹配处理一般采用深海大尺度垂直阵或水平阵，将深海中声信号的时域、频域和空域等三种观测域单独或联合与仿真副本进行匹配，认为与副本匹配度最高的为源的估计深度，但海洋是一个动态系统，其特性随空间和时间变化而变化，因此不可能精确对海洋进行建模，难以得到准确的结果，且副本计算量大。另一种从声场空间干涉调制周期中提取源深度的方法，该方法准确率较高，但需要对俯仰角进行长时间的跟踪，并且需要大尺度阵列获取足够的干涉声场的信息，同样存在计算量大的问题。为了满足小计算量以及各种定点或移动的水下无人探测平台小型化、低功耗的需求，亟需一种低计算量的小尺度声纳进行水面/水下目标识别的方法。
技术实现思路
1、本发明目的是为了解决传统估计声源深度的方法存在计算量大、且无法应用于小尺度水下无人探测平台的问题，本发明提供了一种基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，通过低计算量实现探测小平台的水面/水下目标识别。
2、基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，该方法包括如下步骤：
3、步骤一、利用2阶矢量水听器接收获取声源的声场信息，并对其声场信息进行时频变换；
4、步骤二、对时频变换后的声场信息进行处理，得到0阶声压能量|p2、1阶等效垂直声强iz和2阶等效垂直声强izz；p为水听器接收的复声压；
5、步骤三、根据0阶声压能量|p2、1阶等效垂直声强iz和2阶等效垂直声强izz之间的线性系数关系，估计得到声源深度zr为接收器深度，im(·)为取虚部，re(·)为取实部。
6、优选的是，δr＝rs-rd；
7、*为转置共轭算子，r为水下声源与水面映射虚源之间连线的中点到接收器间的距离，δr为传播距离差，rd和rs分别是直达波和海面反射波路径距离，k为波数，pd为直达波路径传播的声压，ps为海面反射波路径传播的声压。
8、优选的是，δr＝rs-rd；
9、pz为1阶声压垂直梯度，*为转置共轭算子，j为虚数单位，k为波数，r为水下声源与水面映射虚源之间连线的中点到接收器间的距离，δr为传播距离差，rd和rs分别是直达波和海面反射波路径距离。
10、优选的是，
11、pzz为2阶声压垂直梯度，*为转置共轭算子，k为波数，r为水下声源与水面映射虚源之间连线的中点到接收器间的距离，δr为传播距离差，rd和rs分别是直达波和海面反射波路径距离，j为虚数单位。
12、优选的是，
13、k为波数，r为水下声源与水面映射虚源之间连线的中点到接收器间的距离。
14、优选的是，
15、k为波数，r为水下声源与水面映射虚源之间连线的中点到接收器间的距离。
16、优选的是，声源的声场信息为2阶矢量水听器的声压0阶通道、声压1阶垂直梯度通道以及声压2阶垂直梯度通道输出的时域信号。
17、本发明带来的有益效果：
18、本发明利用声场中蕴含的声压、声压1阶梯度、声压2阶梯度等高阶信息，通过研究声场高阶量与源深度的关系，提出了一种利用小尺度单2阶矢量水听器近似估计声源深度的方法，为声源深度估计问题提供了新的思路。本发明无需利用大尺度阵列跟踪长时间的俯仰角变化历程，仅用单只能够接收2阶信息的小尺度矢量水听器，即可对相对静止的目标给出近似估计结果，且计算过程简单、计算量小，利用声场高阶量之间的关系近似估计声源深度，可以一定程度容忍海洋环境中的声速变化，在声场直达波区域能够给出潜在目标的近似深度，实现探测小平台的水面/水下目标识别，为进一步确定及跟踪目标提供依据参考。
1.基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的深海源深度估计方法，其特征在于，声源的声场信息为2阶矢量水听器的声压0阶通道、声压1阶垂直梯度通道以及声压2阶垂直梯度通道输出的时域信号。
