[发明专利]基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法

说明书

一种基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，属于浅水低频水面水下目标判决技术领域。本发明针对现有水听器阵列孔径受限时判决声源深度采用的现有基于模态滤波技术的水面水下深度分辨方法，不能同时兼顾无子空间重叠和模态空间的完整的问题。包括建立声场p(r,zsubgt;r/subgt;,zsubgt;s/subgt;)关于观测矩阵V与模态幅度矩阵a的表达式；将观测矩阵V分为陷波子空间Vsubgt;0/subgt;和自由子空间Vsubgt;1/subgt;并进行奇异值分解，得到减秩子空间Usubgt;0/subgt;和Usubgt;1/subgt;，构成矩阵A，再得到正交矩阵β，确定空间H和空间S，将投影在陷波子空间的能量与投影在整个正交模态空间的能量做比值得到检测统计量，与选定门限进行对比，判决声源深度。本发明用于声源深度判决。

技术领域

本发明涉及基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，属于浅水低频水面水下目标判决技术领域。

背景技术

基于模态特征的浅水深度判决技术，是水面水下目标分类中的一种重要方法，尤其是在水听器阵列孔径受到限制，无法进行声源深度的高判决估计时。基于模态特征的浅水深度判识技术虽然不能给出目标所处的具体深度，但是可以对目标处于水面还是水下进行判决，在反潜到海洋生物学等方面都有应用。

由简正波的绝热近似理论可知，对于浅水低频声源，某接收位置的声压可由一系列的简正波叠加表示。简正波受多种环境的影响，而决定简正波各阶模态能量分布的主要是声源和接收位置的深度。Vincent.E Premus基于匹配场处理(Matched FieldProcessing,MFP)方法对声源定位部分进行简化，进而将声源定位问题变为目标深度判决的二分类问题。根据浅源难以激发低阶模态的特性将模态空间分为陷波子空间和自由子空间，以投影在两个子空间中的能量比作为统计量，对水面和水下目标进行判决。

然而实际上，由水听器组成的无论是水平阵还是垂直阵常常无法达到正常判决所需的孔径，其模态子空间之间存在重叠，导致算法性能下降。针对该问题，Vincent.EPremus将Scharf-Friedlander匹配子空间检测器应用于模态滤波方法得到匹配子空间判决器(Matched Subspace Discriminator,MSD)，通过Scharf和Friedlander的方法得到正交无重叠的陷波和自由子空间从而改善判决器的性能。Ewen Conan使用观测矩阵的逆与接收声压相乘，获得陷波和自由子空间的模态幅度矢量，通过模态幅度矢量计算投影在陷波空间的能量比例作为判决统计量。然而在现有方法中去除子空间重叠的同时会将子空间的正常数据同时去除，从而影响判决结果。

在浅水波导中，简正波的模态分布与声源深度紧密相关，虽然各阶模态强度难以通过以上方法直接求得，但通过投影子空间的能量是可以对目标处于水面水下进行判决的。因此，如何在孔径受限时获得稳健的目标判决算法有待重视。

发明内容

针对现有水听器阵列孔径受限时判决声源深度采用的现有基于模态滤波技术的水面水下深度分辨方法，不能同时兼顾无子空间重叠和模态空间的完整的问题，本发明提供一种基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法。

本发明的一种基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，包括，

设定声源的水下深度为z_s，在水下深度z_r处的水平面上通过水听器阵列采集获得与声源z_s水平距离为r处的声场p(r,z_r,z_s)，所述声场p(r,z_r,z_s)为关于观测矩阵V与模态幅度矩阵a的表达式；