[发明专利]一种利用垂直阵LCMV波束形成的水下目标辐射噪声测量方法

说明书

本发明涉及一种利用垂直阵LCMV波束形成的水下目标辐射噪声测量方法，该方法利用浅海波导环境下目标直达波信号和多途信号具有不同垂直到达角的特点，通过多途到达角跟踪、估计等方法获得波束主瓣保形区域，在此基础上采用线性约束最小方差波束形成法(Linearly Constrained Minimum Variance：LCMV)获得直达波信号，并在多途方向形成波束凹槽抑制多途干扰，获得优于传统单声压水听器测量方法的水下目标辐射噪声测量结果。

技术领域

本发明属于噪声测量领域，具体涉及一种利用垂直阵LCMV波束形成的水下目标辐射噪声测量方法。

背景技术

水下目标辐射噪声是被动声呐探测装置的信息源，可以用来判定目标的存在并估计其参数。另外，该辐射噪声也是影响水下目标隐蔽性的重要指标之一，对其的精确测量是进行减振降噪以降低被发现概率的前提。因此需要研究高精度的水下目标辐射噪声测量方法。

目前，对于水下目标辐射噪声的测量方法主要是单声压水听器测量法。该方法原理简单，布放时只需要将测量水听器布放得与水下目标几何中心等深度即可，水下目标从距离测量水听器一千米处起航，以固定航向、恒定深度，匀速通过测量水听器。在此过程中，记录测量水听器数据，将记录数据进行分段时间平均来估计水下目标辐射噪声级。

但是，单声压水听器测量法忽略了测量环境的影响，特别是浅海环境中，水声信道多途效应尤为突出。另外水下目标辐射噪声级越来越低，测量海区海洋环境背景噪声因航道大吨位航船的增多而变得越来越高，测量信噪比变低，导致所测量的水下目标辐射噪声存在较大的误差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了克服传统单声压水听器测量法因水声信道多途效应和低信噪比而导致的水下目标辐射噪声源级的测量误差，本发明提出一种利用垂直阵LCMV波束形成进行辐射噪声测量的方法。该方法利用浅海波导环境下目标直达波信号和多途信号具有不同垂直到达角的特点，通过多途到达角跟踪、估计等方法获得波束主瓣保形区域，在此基础上采用线性约束最小方差波束形成法(Linearly Constrained MinimumVariance：LCMV)获得直达波信号，并在多途方向形成波束凹槽抑制多途干扰，获得优于传统单声压水听器测量方法的水下目标辐射噪声测量结果。

本发明的技术方案是：一种利用垂直阵LCMV波束形成的水下目标辐射噪声测量方法，包括以下子步骤：

步骤一：在测量场中，目标在航行过程中的轨迹不变，深度不变；建立N(N＝[10,20]，整数)元均匀垂直直线阵，其中垂直阵采用等间隔布阵；设测量场的水深为h，垂直阵的阵列长度为[2,h/2]，单位为米；垂直直线阵接收目标辐射噪声信号，得到时域数据采样矩阵x，将时域采样数据进行傅里叶变换后得到频域输出X，对X划分出K个子带X₁，X₂，X₃...，X_k，...，X_K，求得每个子带内的协方差矩阵S_k(k＝1,2,3…，K)，即:

其中，L代表子带内的快拍数，[·]^H表示共轭转置；

对该垂直直线阵进行子阵平滑预处理，划分N-Q+1个子阵，每个子阵阵元数为Q，利用第k个子带频域协方差矩阵S_k计算子阵平滑后的协方差矩阵为：

作为后续LCMV波束形成器的输入。

步骤二：对水下目标的海面一次反射、海底一次反射到达角进行跟踪估计，公式如下：