[发明专利]基于宽带声场干涉结构的深海直达声区目标深度估计方法

权利要求书

1.一种基于宽带声场干涉结构的深海直达声区目标深度估计方法，所述方法包括：

将垂直阵接收时域声场进行FFT处理得到频率-接收深度频域声场，然后对归一化的频率-接收深度频域声场进行常规波束形成处理，得到频率-掠射角度波束输出；

将频率-掠射角度波束输出映射到声源深度-掠射角度域的二维输出；

对频率-掠射角度波束输出进行能量求和，获得接收信号指向性输出，由此获得极值点；

基于极值点，将声源深度-掠射角度域的二维输出转换为声源深度-时间连续估计；

根据声速剖面引起的误差因子对为声源深度-时间连续估计进行补偿，获得声源深度-时间连续估计声速剖面修正结果；

所述将垂直阵接收时域声场进行FFT处理得到频率-接收深度频域声场，然后对归一化的频率-接收深度频域声场进行常规波束形成处理，得到频率-掠射角度波束输出；具体包括：

对于垂直阵的第n个阵元的接收信号p(t,z_n)做傅里叶变换得到频域声场P(f,z_n)：

其中，z_n为第n个阵元的深度；

将频域声场P(f,z_n)在所有阵元上做规范化处理：

其中，P'(f,z_n)为归一化后的频域声场；N为阵元的总数；f为频点，频点个数为F个；

P(ω)为F个频率和N个阵元的接收声场P′(f,z_n)组成的频域声场矩阵，ω＝2πf；

取海水平均声速为_c，对于阵元间距为d的N元均匀分布的垂直线列阵，导向向量w(θ)为：

将同时形成指向θ₁,θ₂,…,θ_L的L个波束构成导向向量矩阵A(ω)：

A(ω)＝[w(θ₁),w(θ₂),…,w(θ_L)] (4)

则频率-掠射角度的波束输出B(ω,θ)为：

B(ω,θ)＝P(ω)A(ω), (5)

其中，矩阵B(ω,θ)大小为N×N_θ，N_θ是掠射角度个数；

所述将频率-掠射角度波束输出映射到声源深度-掠射角度域的二维输出，具体包括：

其中，M(z,sinθ)为声源深度-掠射角度域的二维输出，θ为掠射角，z为声源深度，k为波数，Δz为阵元间隔；

通过水下宽带声源在接收阵列上掠射角度和频域干涉间隔的差异，实现对接收的水下宽带声信号在掠射角度和声源深度上聚焦，进而从输出图中区分水中的多目标并估计水下目标深度。

2.根据权利要求1所述的基于宽带声场干涉结构的深海直达声区目标深度估计方法，其特征在于，所述声源深度z的取值范围为：

其中，[f_min,f_max]为宽带频率范围，f_min为频率最小值，f_max为频率最大值。

3.根据权利要求2所述的基于宽带声场干涉结构的深海直达声区目标深度估计方法，其特征在于，所述根据声速剖面引起的误差因子对为声源深度-时间连续估计进行补偿，获得声源深度-时间连续估计声速剖面修正结果，具体为：

其中，E_c为声速剖面引起的误差因子，和D_e分别表示修正后的声源深度值和修正前的声源深度值。