[发明专利]一种可用于被动合成孔径阵列偏航的目标检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及水声被动声纳信号检测方法和拖线阵被动合成孔径声纳(Passive Synthetic Aperture Sonar,PSAS)技术用于目标信号检测算法，尤其涉及一种可用于被动合成孔径阵列偏航的目标检测方法及系统。

背景技术

海洋开发和利用实际需求成为推动声纳技术发展的主要动力，近年来，被动声纳系统对低噪声目标的检测变得越来越重要，且越来越困难，其检测能力随着安静型目标的出现和迅猛发展而受到严重挑战。随着现代化高技术下对海战要求的不断提高，基于被动合成孔径技术的拖线阵声纳的研究成为水声信号处理领域的研究热点问题。拖曳线列阵声纳广泛用于水下目标特性的测量，将小孔径阵列合成虚拟大孔径阵列为解决低频信号大孔径声纳系统的实现提供了有效途径。被动合成孔径声纳正是通过拖曳线列阵运动合成得到比实际孔径大得多的合成孔径阵列，依靠短阵的机动突破阵列孔径的限制，获得更高的增益和更高的方位分辨力。依据水下舰船等目标特性分析得知螺旋桨的桨叶切割海水产生单频信号分量等线谱成分为合成一个比物理孔径大得多的有效孔径提供了可能，被动合成孔径声纳技术实现方法为在阵列相继两次运动时，对空间位置上重叠部分的水听器接收信号做互相关平均，作为未重叠水听器接收信号的相位修正因子，将此相位修正因子用于运动阵相继位置上的波束输出的相干组合可得到扩展的拖线阵等效长度。被动合成孔径声纳通常以拖线阵声纳载体匀速直线运动的方式相对与目标运动，由于实际水下复杂环境下介质和路径扰动引起的阵列移动偏差，及海浪、潮汐、风等因素的影响，声纳载体会产生航迹偏差及运动不规则性，即阵列匀速直线运动的假设不成立，从而导致孔径合成处理增益的损失和检测性能的下降。一般需要分析偏离匀速直线航迹的效应，进而采取措施以克服因声纳载体运动的不规则性给孔径合成带来的增益损失，被动合成孔径相位估计修正方法对运动拖线阵阵列偏航误差进行补偿，提高了方位估计精度，进而能够实现对水下目标的有效检测。而现有技术并没有任何有关如何克服由于声纳载体运动的不规则性给孔径合成带来的增益损失的问题进行的处理的技术手段。

拖线阵相对于目标以确定性规律运动是被动合成孔径声纳的基础，现有技术的被动合成孔径声纳算法一般用于理想情况下目标信号的检测和分辨，考虑水声信道等复杂因素影响，实际应用中拖线阵维持恒定速度及航向并保证匀速直线运动等难以满足，不具有可行性、通用性及实用性，因此现有技术的用于被动合成孔径声纳常规信号检测和分辨方法不能在工程合理得到应用。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术的被动合成孔径声纳算法一般用于理想情况下目标信号的检测和分辨带来的问题和缺陷，本发明提供了一种可用于被动合成孔径阵列偏航的目标检测方法及系统。

为实现上述目的本发明提供了一种可用于被动合成孔径阵列偏航的目标检测方法，用于当拖线阵运动规则或不规则导致拖线阵声纳载体偏离航迹时对水下弱目标信号进行有效检测，所述方法包含：

步骤101)构造拖线阵运动时对待检测目标信号进行声场空间采样的接收模型，拖线阵阵列开始运动并同时接收来自于待测水下目标的信号对所接收的信号进行空间采样；

步骤102)基于所述接收模型，在拖线阵相邻的采样时间间隔发生相继两次运动时，计算相邻两次快拍各重叠阵元的相位相关因子，并采用线性拟合进行相位估计修正得到未重叠阵元的相位相关因子；

步骤103)以拖线阵声纳采样时第1次快拍为基准，利用步骤102)拟合得到未重叠阵元的相关因子对第2次测量时各阵元的快拍输出进行相位修正补偿；

步骤104)重复步骤102)和步骤103)，依据所述接收信号模型，直至将声场采样空间上各次测量的接收信号的所有快拍阵列的输出依次进行补偿，得到扩展的虚拟阵列的输出结果；

步骤105)将步骤104)得到扩展的虚拟阵列的输出进行相干累加，得到目标波束对应方位，实现对目标信号的检测;

其中，所述接收模型为：由拖缆连接的若干个等间距的各向同性线列阵，该线列阵作匀速直线运动，以某一时刻第1号阵元接收到的待测目标信号为基准，其它阵元相对于1号阵元接收具有特定的传播时延，运动一定时间间隔(后，再次对待测目标信号进行接收处理，其它阵元相对于1号阵元接收具有特定的传播时延，以此拖线阵运动并按固定的时间间隔对待测信号进行接收，构建接收信号模型。

上述技术方案中，所述步骤102)进一步包含：

步骤102-1)采用ETAM算法利用拖线阵阵列在相邻的采样时间间隔发生相继两次运动时，计算相邻两次快拍各重叠阵元的相位相关因子；