[发明专利]一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及声纳领域，特别涉及一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法及系统。

背景技术

随着低噪声舰艇和声隐身技术的发展，舰船等航行器的水下辐射噪声和目标强度进一步下降，传统的被动声纳对目标的探测更加困难，且声纳的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。

随着科技的发展，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。拖曳线列阵声纳由于可以远离本舰自噪声、可以不受孔径限制，并能变深拖曳利用水文条件，被广泛用于水下目标特性的测量，且由小孔径阵列合成虚拟大孔径阵列的方法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。

拖线阵声纳载体通常以匀速直线运动的方式对目标采取运动接收，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，声纳载体在进行孔径合成时，由于水听器阵列接收时与目标存在相对运动，产生多普勒运动频偏，会对目标的检测性能引起下降和处理增益带来损失，因此解决多普勒频偏是被动合成孔径声纳运动相位补偿的主要问题之一。

考虑对弱目标信号检测时，频率未知，在进行目标检测时通常采用较小的步长实现频率搜索补偿，而由于窄带干扰（即单一某频率的干扰，区别于多频率组合的宽带干扰）等因素的存在，导致目标检测时常常会出现误判，因此如何有效抑制窄带干扰，进一步实现被动合成该孔径的频率搜索补偿成为解决问题的一个着手点。现有技术并未有任何有关由于声纳载体与静止/运动目标的多普勒频偏带来的处理增益损失及检测性能的降低且进一步窄带干扰抑制等问题进行处理的技术手段。

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，基于被动合成孔径技术的拖线阵声纳、无人水下航行器等研究成为水声信号处理领域的研究热点问题，考虑实际应用时目标的运动及水声信道等复杂因素影响，被动合成孔径相应算法在处理有关问题时忽略多普勒频偏的补偿，不具有可行性、通用性及实用性，而目前对于窄带干扰抑制技术主要局限于时域的自适应滤波技术，当干扰信号频繁出现时，通过调整滤波器系数很难有效去除干扰，且由于滤波器系数发生微小改变时输出会产生很大的变化，导致在信号处理中实时性、稳定性等无法实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的窄带干扰抑制技术对于干扰信号频繁出现的情况，很难有效去除干扰，信号处理的实时性、稳定性无法实现等缺陷，从而提供一种抑制窄带干扰方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法，包括：

步骤1）、以水下目标的辐射噪声特性分析为基础，构造拖线阵运动时对被测静止或运动目标信号进行声场空间采样的接收模型；以及细化分析各阵元所接收信号，构建直角坐标系；

步骤2）、基于步骤1）所建立的接收模型，对某一时刻拖线阵声纳采样时阵元接收到的信号作FFT变换，将信号由阵元域处理转变为波束域处理，然后估计出窄带干扰的中心频率和干扰频带；

步骤3）、在步骤2）中确定窄带干扰的中心频率和干扰频带后，对步骤2）中经过FFT变换的信号在由所述中心频率与干扰频带所确定的频域内进行滤波；然后将滤波后的信号重构回时域；

步骤4）、预设频点补偿总数；

步骤5）、将步骤3）中滤波后重构回时域的信号做FFT变换以及频域波束形成，接着在当前频点上对各个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加；

步骤6）、拖曳线列阵声纳在运动一定时间后，拖曳线列阵声纳进行采样操作，然后对采样时各个阵元所接收到的信号做FFT变换以及频域波束形成，接着在当前频点上对各个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加；

其中，所述FFT变换时所涉及的FFT点数与步骤5）中的FFT点数相同；

步骤7）、根据步骤6）所得到的结果计算空间移动补偿与时间延迟补偿，将空间移动补偿与时间延迟补偿相加，得到阵列移动前后总的相位修正补偿，根据前一次补偿的结果与所述总的相位修正补偿得到扩展虚拟阵列的输出结果；