[发明专利]一种利用子阵波束域特征的迭代波束形成方法

说明书

本发明公开了一种利用子阵波束域特征的迭代波束形成方法，与目前常见其他同类型方法相比，本发明直接由波束域数据提取特征来更新权向量，且降低了对外在信息源的依赖性。该方法具有实现代价低，计算量小，性能可靠等优点，通过仿真计算和海试数据处理分析验证，在阵列流形失配情况下，该方法对大孔径声纳基阵弱目标宽带检测性能在可靠性和分辨力上均有一定提升。

技术领域

本发明属于声纳低频大孔径基阵宽带检测领域，主要是一种利用子阵波束域特征的迭代波束形成方法。

背景技术

低频大孔径基阵声纳适用于探测远距离的安静型目标，然而孔径越大，受平台和环境的共同作用，利用大孔径基阵的一般宽带检测处理算法容易产生失配的不利影响。

造成大孔径基阵宽带检测失配的主要影响为两个方面：(1)、阵列流形畸变导致的波束驾驶权向量失配；(2)、波导声场下的噪声相关半径特性及源信号衰落特性。两者均会导致目标检测性能下降，对于常规波束形成算法而言，会导致目标主瓣展宽，旁瓣变大，而且目标检测方位与实际方位会产生偏离。目前，常见的一些对抗上述失配影响的方法就是利用传感器或者利用合作声源的阵列流形估计，对于利用传感器进行阵列流形拟合，该方法具有实时性且实现简单，然而并未从基阵数据中获得关联信息；对于合作声源的阵列流形估计方法，利用了基阵各通道之间的相关性，但实现条件苛刻，实时性也不具备。综上所述，我们需要对影响(2)有充分的认识前提下，利用数据中包含的信息实现对影响(1)的实时优化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种利用子阵波束域特征的迭代波束形成方法，提供了一种利用子阵波束域特征，迭代地进行波束形成的方法。该方法基于初始多波束驾驶向量得到各子阵多波束数据，并对相邻的子阵中相对明显的目标进行关联，依据相邻子阵关联目标的单波束数据估计对应的延时或相位差，进而更新导引向量，迭代地实现上述过程，直到相位差值小于理论阈值；由子阵波束域提取信息进行关联融合，通过迭代和递归的优化过程来改进基阵在失配影响的波束形成性能。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种利用子阵波束域特征的迭代波束形成方法，主要包括以下步骤：

(1)设定子阵维度m和数目n，首次需要生成对应的初始多波束方位导引向量迭代过程中只需对导引向量进行更新。

(2)基于已经生成的导引向量，计算各子阵多波束数据结果{P_i,i∈[1,n]}，并进行频带能量积分后得到对应的子阵宽带谱结果{S_i,i∈[1,n]}。

(3)利用各子阵的宽带谱结果进行目标关联，得到对应的关联波束号向量组{B_i,i∈[1,n]}，B_i维度为关联的目标数目且关联目标数目一般大于等于2。依据步骤(2)中多波束数据结果P，计算各子阵关联方位的单波束波形，并对相邻子阵的单波束波形进行相关处理，得到对应的相关度φ及延时点数τ。

(4)利用步骤(3)中从子阵波束域获得的特征信息(包含关联角度、相关度、延时点)进行阵列流形估计，并依据迭代前后的流形相似性分析重新设定各子阵维度和子阵数目，将对应的导引权重向量进行更新并带入步骤(1)中进行迭代处理。

本发明的有益效果为：与目前常见其他同类型方法相比，本发明直接由波束域数据提取特征来更新权向量，且降低了对外在信息源的依赖性。该方法具有实现代价低，计算量小，性能可靠等优点，通过仿真计算和海试数据处理分析验证，在阵列流形失配情况下，该方法对大孔径声纳基阵弱目标宽带检测性能在可靠性和分辨力上均有一定提升。

附图说明

图1为本发明的迭代波束形成实现流程示意图。

图2为仿真1的子阵波束图和对应关联角度的延迟点估计结果。

图3为仿真1的单波束相关图及各子阵相关性分布趋势。