[发明专利]适用于圆柱形障板条件下矢量圆阵声压振速联合测向方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种侧向方法，具体地说是一种圆柱障板条件下矢量圆阵声压振速联合测向方法。

背景技术

由于矢量水听器与传统的声压传感器相比性能有了很大的提高，国外目前已经在多种复杂的应用背景中成功使用。美国早在二十世纪五十年代就成功研制了基于矢量水听器的无线电声纳浮标海洋监测系统AN/SSQ-53，后又相继研制了其改进型AN/SSQ-62和AN/SSQ-72B。俄罗斯在矢量水听器技术方面曾经处于国际领先水平，上世纪八十年代研制的矢量水听器低噪声测量系统先后在日本海、库页岛和勘察加半岛附近海域长期使用。目前，国外在航空声纳浮标、拖曳阵声纳等均已成功应用了矢量水听器技术。

我国水声科技人员经过十几年的开发研究，矢量水听器技术方面取得了显著的成果，已经掌握了其设计、制作和校准技术，并系统地开展了矢量水听器专题研究，涵盖了从基础研究到工程应用的诸多方面，研制出了低频同振球型三维矢量水听器，实现了低频矢量水听器的国产化工作，最低工作频率可达10Hz，矢量水听器的研究、开发和使用技术已达到世界先进水平。

国内研制的复合式三维矢量水听器，作为一种新原理新概念基础上的新型水声用声学传感器，目前已经在许多方面积极开展应用研究，大大促进了相关技术的发展。矢量水听器已经在水声通信、鱼探仪和海洋环境参数获取系统等多方面得以应用，并取得了良好的成果。

但是，目前的研究结果还没有涉及船上安装的声纳设备，由于船载声纳安装在噪声源附近，通常使用声分离器或障板将声纳与噪声源隔离，从而能够提高声纳性能。在有障板条件下，矢量声场发生变化，从而改变了矢量水听器的应用基础，导致矢量水听器的功能和使用效果大大的降低，情况严重时，甚至出现对水下目标检测失败的情况。因此，研究障板条件下矢量声场的变化以及对矢量水听器使用性能的影响，是解决矢量水听器在船舶等载体上使用所面临的关键问题，这一问题不解决，以矢量水听器为基础的声纳设备就无法在海洋监测中充分发挥其作用。

障板条件下矢量声场的研究越来越受到人们的关注。二十世纪末，美国开始对有边界情况下的矢量信号处理技术进行了探讨，但只考虑了平面障板的情况；在矢量水听器信号处理过程中，考虑了边界的反射系数。Kang Kim、J.P.Barton和B.R.Rapids等学者分别研究了有限长刚性椭球柱面、长宽比不同的刚性椭球体的近场声散射问题，并对其散射声场特性进行了分析，但没有探讨相应的矢量信号处理方法。俄罗斯专家对声场中的各向同性成分和各向异性成分进行过理论和试验研究。

国内众多学者探讨了平面波导中矢量声场的计算问题，针对壳体近场声散射对矢量水听器性能的影响进行了理论和实验研究，研究了球型壳体的声散射对矢量水听器指向性的影响，采用板块元方法分析了刚性曲面障板对球型矢量水听器测向的影响，研究了水下平台的声散射对矢量水听器测向影响的规律，对复杂边界条件下矢量传感器的指向性也进行了分析，并对矢量水听器工程化所面临的具体问题进行了讨论。但是仍然欠缺对障板条件下矢量声场分布、矢量水听器接收声波特性以及相应的信号处理理论等基本问题的研究，基于矢量水听器的新型声纳还未能在船舶上成功使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决解决圆柱障板条件下矢量传感器的测向问题，可广泛用于水声和空气声学中的适用于圆柱形障板条件下矢量圆阵声压振速联合测向方法。

本发明的目的是这样实现的：

阵列模型为圆柱体中部表面安装一均匀矢量圆阵，圆柱体半径为R、长度为l₀，矢量圆阵阵元数为M，矢量圆阵到圆柱表面的距离为d；

(1)获取声压阵元域信号与振速阵元域信号；

(2)根据阵列模型，分别构造声压阵元域信号预处理矩阵T_p和振速阵元域信号预处理矩阵T_v；

(3)利用预处理矩阵对声压阵元域信号与振速阵元域信号进行预处理，分别生成声压相位模态域信号与振速相位模态域信号；

(4)利用声压相位模态域信号和振速相位模态域信号生成互协方差矩阵R_epv；

(5)利用互协方差矩阵R_epv进行方位估计，输出估计结果。

考虑实际工程使用情况，本发明只考虑水平方向振速，即只对水平方位角输出估计结果。

本发明还可以包括：

1、所述获取声压阵元域信号与振速阵元域信号的方法为：

将每个阵元的振速传感器的输出分别投影到该处的径向和切向上，由下式求得径向振速和切向振速