针对传统三元阵安装布放要求较高,且只能给出目标二维位置信息的问题,提出了一种基于矢量水听器的任意形状三元阵三维定位算法,采用一个矢量水听器和两个声压水听器组成阵列,利用矢量水听器给出的信息解算目标方位角,推导了任意形状三元阵条件下目标俯仰角和距离的计算公式,从而实现了对目标三维位置信息的获取.消声水池的实验结果表明:新方法能够对声源目标准确定位,在环境噪声干扰下表现出较好的性能,具有一定的工程应用价值.
### 任意形状三元阵水下目标被动定位研究
#### 关键知识点概述：
本文献针对传统三元阵在安装和布放方面的局限性以及仅能提供目标二维位置信息的问题，提出了一种新的被动定位方法。该方法通过组合一个矢量水听器与两个声压水听器构成的任意形状三元阵，不仅克服了传统三元阵的不足，还能够获得目标的三维位置信息。具体来说，矢量水听器提供了声源的方向信息，而通过分析声源到不同水听器的时间延迟，可以进一步解算出目标的俯仰角和距离。这一研究成果已经在消声水池实验中得到了验证，并显示出良好的抗环境噪声干扰能力。
#### 详细解释：
1. **问题背景**：
- 传统三元阵的局限性在于安装布置的高要求和只能提供目标的二维位置信息。
- 声波是在海洋环境中唯一能够远距离传播的信号形式，因此声被动探测技术受到了广泛的关注。
- 矢量水听器作为一种新型的水声传感器，除了能提供声压信息外，还能提供振速信息，这对于确定目标方位非常有用。
- 然而，单个矢量水听器无法精确测量声源的俯仰角，也无法给出目标的距离信息。
2. **定位原理**：
- 定位系统由一个矢量水听器和两个声压水听器组成，形成一个任意形状的三元阵。
- 矢量水听器被设置为坐标系的原点，声压水听器的位置决定了y轴和z轴的方向。
- **方位角解算**：利用矢量水听器提供的声压和振速信息，通过频域复声强的方法来估计声源的方位角。具体而言，通过计算x轴和y轴方向上的复声强来得到声源的水平方位角。
- **俯仰角和距离解算**：通过对声源到各个水听器的时间延迟进行分析，结合水听器之间的相对位置关系，可以推导出声源的俯仰角和距离。首先根据水听器的位置计算声源到各水听器的距离差，然后利用三角几何原理和时间延迟信息，解算出声源的三维位置信息。
3. **实验验证**：
- 在消声水池中进行了实验验证，结果显示，即使在有环境噪声的情况下，该方法也能准确地定位声源。
- 实验数据证明了新方法的有效性和可靠性，表明其具有较高的工程应用价值。
4. **结论**：
- 本文提出的方法有效地解决了传统三元阵存在的问题，不仅降低了安装布置的要求，而且能够获取目标的三维位置信息。
- 通过实验验证，证明了该方法在实际应用中的可行性和稳定性，尤其是在抗环境噪声干扰方面表现突出。
- 这项研究成果为水下目标的被动定位提供了一种新的解决方案，具有重要的理论意义和实用价值。
该研究提出的基于矢量水听器的任意形状三元阵被动定位方法，在理论上和技术实现上都取得了显著的进步，为水下目标定位技术的发展开辟了新的方向。
