[发明专利]一种拖线阵声纳平台转向过程中波束形成方向向量的测算方法

说明书

本发明提供一种拖线阵声纳平台转向过程中波束形成方向向量的测算方法，属于水声探测与声纳信号处理技术领域。本发明通过建立阵列绕圆弧轨迹转向模型，针对大角度转向和小角度转向、左转向和右转向条件，利用阵列位圆弧所对应的圆心角将转向过程分解为5个转向阶段，给出5个阶段相邻4个时刻的时间点数值，并对每个转向阶段，以第1阵元为基准，给出当前时刻的波束形成方向向量，对于提高转向过程中目标方位估计性能具有较大的应用价值。

技术领域

本发明属于水声探测与声纳信号处理技术领域，涉及一种拖线阵声纳平台转向过程中波束形成方向向量的测算方法。

背景技术

拖线阵声纳是探测低频、隐蔽性目标的重要工具，拖线阵声纳在探测过程中，需要使用波束形成方位谱估计技术，其核心是利用了阵列的方向向量。拖线阵声纳的平台在探测过程中，经常需要改变航向，此时柔性拖线阵列也随之转向。受平台转向的影响，阵列中各阵元的位置与理想线列阵阵元位置存在位置偏移，接收的阵列数据与理想线列阵的接收阵列数据存在较大的差异。这就导致使用理想条件下的方向向量，对有阵元误差的实际阵列数据进行目标方位估计，目标定位结果不准确。在平台转向过程中，准确评估阵列的实时方向向量，对于提高目标方位估计性能具有较大的价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种拖线阵声纳平台转向过程中波束形成方向向量的测算方法，在平台转向情况下，实时给出拖线阵声纳波束形成方向向量。

本发明的技术方案是：

一种拖线阵声纳平台转向过程中波束形成方向向量的测算方法，步骤如下：

步骤1：建立阵列绕圆弧轨迹转向模型：假设阵列的第一阵元为1，最后一个阵元为N，d为阵元间距，θ为远场平面波入射方向，λ为声波波长，a(θ)为方向向量。

假设平台转向角度为α，转弯半径为r，阵列孔径为L＝(N-1)d。定义αr＜L为小角度转向，αr≥L为大角度转向。阵列转向过程中，阵列在圆环上的长度所对应的圆心角度数β随时间变化。根据圆心角度数β的取值，将阵列转向分成5个时间阶段，各时间阶段交界点依次定义为时刻t₀、t₁、t₂、t₃。

步骤2：分别给出小角度和大角度、向左和向右转向情况下，5个时间阶段的方向向量。具体如下：

(一)小角度转向

小角度转向时，位转向圆环上阵列所对应的圆心角β的取值由图1所示，根据β的取值可以将转向过程分解为5个阶段。

情况1：小角度右转向

当平台和阵列小角度右转向时，各阶段临界时刻的阵列阵形示意图如图2所示。由图2可知，t₀是基准时刻，对应于第1阵元到达转向圆环的时刻。其中v是平台(阵列)速度。

(1)当0≤t≤t₀时，阵列还未到达转向的圆环，呈标准的线列阵排列；此时方向向量为：

(2)当t₀＜t≤t₁时，阵列的一部分位于转向圆环上，另一部分呈直线与转向圆环相切。令表示下取整，k表示阵列在转向圆环上的最后一个阵元数；m表示阵列位于第1和第k阵元之间的阵元数，β_m表示第1至第m阵元的阵列所在圆弧对应的圆心角；阵列在圆环上对应的圆心角此时方向向量：