[发明专利]基于深海垂直阵的目标线谱自主检测及运动要素估计方法

权利要求书

1.一种基于深海垂直阵的目标线谱自主检测及运动要素估计方法，所述方法包括：

步骤1)对垂直水听器阵列采集的时域声场进行傅里叶变换和波束形成处理，并规范到多个子频带范围内；

步骤2)将预先计算的待测目标航行轨迹与变换到波束-时间域内的实测声场进行匹配处理；

步骤3)利用一维信号峰值估计算法估计线谱的频率，得出待测目标的线谱频率、航速和最近通过距离。

2.根据权利要求1所述的基于深海垂直阵的目标线谱自主检测及运动要素估计方法，其特征在于，所述步骤1)的垂直水听器阵为阵元间距为d的N元均匀分布的垂直线列阵。

3.根据权利要求2所述的基于深海垂直阵的目标线谱自主检测及运动要素估计方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

对垂直水听器阵列采集的时域信号p(t,z_n)进行快速傅里叶变换，得到频率域信号P(f,z_n)：

其中，f表示频率，t表示时间，z_n表示信号幅值；

则由F个频率和N个阵元的P(f,z_n)组成接收声场矩阵P(f,z_n)；

根据垂直线列阵所处深度z_r的海水平均声速c(z_r)，由下式得到垂直线列阵的指向角θ的导向向量w(f,θ)为：

其中，d为垂直线列阵的阵元间距，T表示转置；

从而将同时指向θ₁,θ₂,…,θ_L的L个波束构成导向向量矩阵A(f,θ)：

A(f,θ)＝[w(f,θ₁),w(f,θ₂),…,w(f,θ_L)]

由接收声场矩阵P(f,z_n)和导向向量矩阵A(f,θ)得到频率-掠射角度的波束响应矩阵B(f,θ)为：

B(f,θ)＝|P(f,z_n)A(f,θ)|²,

其中，矩阵B(f,θ)大小为F×N_θ，N_θ是掠射角度个数；

将矩阵B(f,θ)采用下采样方式规范到一定频段范围内，得到由B′(f_n,θ_m)组成的规范后波束响应矩阵B′(f,θ)，其中，矩阵频段范围为等间隔的频率点f_n+1-f_n＝Δf，B′(f_n,θ_m)为(f_n-Δf＜f_i＜f_n+Δf)频段内B(f_i,θ_m)的最大值：

以时间间隔Δt，Δt＝t_n+1-t_n，将共N_t个时刻的矩阵B′(f,θ)组成一个三维矩阵S(f,θ,t)，其中，矩阵中的元素