[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

说明书

本发明公开了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。

技术领域

本发明涉及水声物理领域，具体涉及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。

背景技术

水下目标深度信息的获取是分辨水下声源和水面声源的关键判据之一，也是一直以来水声学科的重点与难点问题。传统匹配场处理的声源定位方法在实际应用中对水声环境非常敏感，深度估计误差较大。深海环境下，靠近海底布放的水听器阵列可以在直达波能够到达的距离以内接收到近海面的水下声源激发的较低传播损失的声场，而且声场通常表现为随着接收距离和声源频率周期震荡的干涉图案，这一声场干涉结构对声源深度信息极为敏感，可以用来估计声源深度。目前利用这一现象进行声源深度估计的方法适用场景仍受较多限制，且深度估计的准确率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种利用深海座底垂直阵估计深海直达声区内水下宽带声源深度的方法，通过多重谱分析方法可以将垂直阵接收到的时域声场信号映射到声源深度-掠射角的二维空间，进而可以区分出深海水下多个宽带声源目标，同时估计出水下声源深度。这一方法建立在等声速模型的基础上的点源干涉声场，基于阵列接收频域信号干涉谱的分析，对原始信号分别进行了傅里叶变换、波束形成和改进傅里叶变换三次信号谱分析，不需要预知声源运动状态，同时波束形成结果还具有一定的抗空间噪声干扰能力。

为了实现上述目的，本发明提出了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。

作为上述方法的一种改进，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；