[发明专利]一种适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法

权利要求书

1.一种适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对不同阶的轨道角动量涡旋声波的回波信号进行加权求和，获得涡旋波的波束；

步骤2：根据涡旋波的波束，构建旁瓣高的方位的点的集合S；

步骤3：采用凹槽噪声算法、优化最低旁瓣法或旁瓣约束高增益优化法，对旁瓣高的方位的点的集合S进行处理，获得优化后的加权矢量；

步骤4：使用优化后的加权矢量对接收水听器接收的信号进行第一次波束形成；

步骤5：对步骤4得到的数据上进行加权求和获得第二次波束形成，遍历不同的空间方位后得到最终波束图。

2.根据权利要求1所述的适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：在正方形的接收面阵上随机布放若干个接收水听器，以正方形的接收面阵的中心为圆心，布放一个半径为a的发射圆环阵，在发射圆环阵上均匀布放N个发射换能器，以正X轴上的发射换能器为第一个发射基元，对发射换能器进行标号：1,2，…,N；第n个发射换能器发射的信号为：

其中，φ_n＝2πnl/N代表发射调相，l为发射涡旋波的阶数，ω为发射的频率；

利用发射圆环阵列依次发射不同阶数l的涡旋声波，对不同阶l的涡旋声波的回波信号进行加权求和，得到涡旋波的波束：

其中，(φ₀,θ₀)为波束对准的方向，S₁(φ,θ,1)为方位(φ,θ)处存在一个点目标且发射第l阶涡旋波时原点处的接收信号，为复数，J_l为l阶贝塞尔函数，c为声速，k＝ω/c为波数。

3.根据权利要求1所述的适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：设置一个阈值∈，对涡旋波的波束归一化幅值超过该阈值的集合，对该集合离散化得到旁瓣高的方位的点的集合S：

S＝{(φ₁,θ₁),···,(φ_J,θ_J)}

这里(φ_i，θ_i)为旁瓣高于阈值∈的方位的俯仰角和方位角坐标。

4.根据权利要求1所述的适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步骤3的凹槽噪声算法为：在集合S的方位放置虚拟信号干扰源，得到基阵数据的协方差矩阵为：

其中，为第j个干扰源的响应向量，是对应的干扰功率，代表没有干扰源存在时候的基元的协方差矩阵；

则优化后的加权矢量为：

其中，为对准方向(φ₀,θ₀)的响应向量。

5.根据权利要求1所述的适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步骤4的第一次波束形成的结果为：

其中为空间方位(φ,θ)处存在一个点目标且发射第l阶涡旋波时，接收水听器阵的接收信号，为步骤3所获得的优化后的加权矢量。

6.根据权利要求1所述的适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步骤5中第二次波束形成的结果为：

其中，(φ₀,θ₀)为波束对准的方向，S₁(φ,θ,1)为方位(φ,θ)处存在一个点目标且发射第l阶涡旋波时原点处的接收信号，为复数，J_l为l阶贝塞尔函数，c为声速，k＝ω/c为波数。