[发明专利]多途信道中的声屏蔽方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及利用信号处理技术在水声相干多途信道中分辨多目标，特别是涉 及同一方向上多目标的分辨，即探测同一方向上不同距离处的任意声源的方法。

(二)背景技术

基阵视野中若有多个声源，它们将相互干扰而降低对其中任何一个目标的探 测能力，称之“多目标相互干扰”。信号处理的理想决策是对有兴趣探测的点源 (目标)实施聚焦，对其余声源实施屏蔽。在平面波条件下，既不能实现聚焦， 也不能实现屏蔽，所能实现的最优处理是阵处理技术，即将波束对准目标，而将 指向性零点对准其余的(干扰)点源。波束零点(或极小值)抑制了多目标干扰， 但零点方向也是探测盲区。也就是说，传统的阵处理技术无法分辨同一方向上的 两个点源。

在平面波声场中，既不能实现声屏蔽，也不能实现声聚焦，首选的信号处理 技术是(传统的)阵处理技术，该技术无法分辨同一方向上的两个点源。

在球面波条件下，可采用聚焦波束形成技术(参见：聚焦波束形成声图测量 原理研究，《声学学报》，2007；32(4)：356-361)，在中、近程实现声聚焦。各阵元 输出按球面波传播时延作时延差补偿并加权求和，就可得到聚焦输出。聚焦和屏 蔽均是基于声场相干性的利用。若按球面波时延并使各通道反相输出进行补偿， 如此，各通道反相相加，阵必在屏蔽点输出极小值，从而实现“声屏蔽”。

时间反转镜(Time Reversal Mirror)(参见：Phase conjugation in the ocean： Experimental demonstration of an acoustic time-reversal mirror.《J.Acoust.soc.Am》， 1998；103(1)：25-40；用时间反转法在水下波导介质中实现自适应聚焦的研究，《声 学学报》，2002，27(6)：541-548；矢量反转镜时空滤波技术研究，《声学学报》， 2005，30(3)：271-278。)信号处理能在多途信道(或称波导)中实现声聚焦和声 屏蔽。M.A.Kuperman用垂直阵时间反转镜抑制混响并增强回波(参见： Environmentally adaptive reverberation nulling using a time reversal mirror. 《Acoust.soc.Am》，August 2004；116(2)：762-768)，称之为“Reverberation Nulling”。 海试证明方法是科学的，但要求在目标处设置一PS(Probe Source)源或采用物 理时反镜，这不实用，无法在位置未知的非合作目标处加一PS源。但他们的研 究有重要的科学价值。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅用于设置零点抗混响，而且用于设置屏蔽区 抗相干噪声源干扰，并且可应用于水平阵(或单水听器)，可适合装载在运动平 台或海底固定式使用的多途信道中的声屏蔽方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)由声速仪测量水的声速，通过建模预报目标和干扰的信道冲激响应函 数，或者通过接收探测声源的发射信号通过拷贝相关估计信道；

(2)水平接收阵接收声场中的多个点源的辐射信号，放大滤波，然后进行 数据采集，采集包括需要探测的目标即被聚焦目标的辐射信号和干扰信号即被屏 蔽目标的辐射信号；

(3)对接收信号作快速傅立叶变换，在频域采用相移补偿的球面波声场阵 聚焦波束形成，或基于步骤(1)估计的信道得到被动时间反转镜(TRM)相位 共轭谱，实现球面波声场中阵的声聚焦，得到的权值即为最佳聚焦权；

(4)在最佳聚焦权的基础上，增加屏蔽因子，得到最佳聚焦屏蔽权，寻找 该最优权的准则为：在干扰处输出为0，在目标处输出最大；

(5)根据一系列专门的最佳屏蔽权频域矩阵算法，进行反傅立叶变换可得 到输出波形，也可进行频域积分得到输出功率；

(6)后续相干处理或输出经声屏蔽、聚焦后的功率。

本发明以声屏蔽原理、方法为基础，适用于水声工程中抗多点源相干干扰， 并且工程上可采用水平阵，更适合装载在运动平台上或海底固定使适用。

本发明研究局部空间(而不是扇面内的)的声屏蔽技术，抑制屏蔽区内声源 产生的到达信号，改善对该区域外目标的探测性能，甚至可以屏蔽同一方向上不 同距离处的任一声源，而有效检测另一声源。