[发明专利]利用浅海声场空域特性提高被动声纳作用距离的方法

摘要

本发明涉及属于水声工程、海洋工程和声纳技术等领域，尤其涉及一种利用浅海声场空域特性提高被动声纳作用距离的方法，适用于浅海目标被动探测,本发明的目的在于提供一种利用浅海声场空域特性提高被动声纳作用距离的方法。本发明包括以下步骤在浅海水声信道中放置短垂直阵；利用短垂直阵的空间孔径；构造常规波束形成加权向量；获取短垂直阵的接收指向性响应；形成短垂直阵对噪声数据和远距离声源的垂直接收指向性；通过比较两者的差异，合理调整短垂直阵的指向获得更高的输出信噪比。本发明充分利用浅海中垂直阵对海洋环境噪声和远距离声源辐射信号的接收指向性响应的差异，提高接收信号输出信噪比，进而提高了被动声纳的作用距离。

主权项

一种利用浅海声场空域特性提高被动声纳作用距离的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在浅海水声信道中放置短垂直阵；步骤2：利用短垂直阵的空间孔径；步骤3：构造常规波束形成加权向量；步骤4：获取短垂直阵的接收指向性响应；步骤5：形成短垂直阵对噪声数据和远距离声源的垂直接收指向性；步骤6：通过比较两者的差异，合理调整短垂直阵的指向获得更高的输出信噪比；进一步详细的包括以下具体步骤：利用水听器对水声信号进行采样，对水听器接收信号进行带通滤波，以窄带信号为例；利用窄带时域快拍模型对采样比较稳定的数据来估计其协方差矩阵，数据协方差矩阵由式(1)表示：Rx(θ0)＝E[x(θ0)*x(θ0)T]………………………………………(1)其中，x(θ0)为基阵接收信号向量：x(θ0)＝[x1(θ0),x2(θ0),…,xN(θ0)]T…………………………………(2)对于等间隔线列阵，利用式(3)构造常规波束形成器的加权向量：w(θ)＝[1,eikdcosθ,eik2dcosθ,…,eik(N‑1)dcosθ]T……………………………(3)其中，θ是波束指向角；波数k＝ωc，c是水中的声速(大约为1500m/s)，d是水听器间距；对于一个给定的方向θ，利用式(4)计算常规波束形成器对信号场或噪声场的接收输出功率响应：Y(θ)＝|y*y|＝w(θ)HRx(θ0)w(θ)…………………………………(4)其中，上角标(·)*表示取共轭，(·)H表示共轭转置，当信号入射方向θ0与观测方向θ相同时，式(4)中的Y(θ)达到最大值；信号场的角度分布可以用式(4)来描述；分别估计短垂直阵对噪声数据和远距离声源的垂直接收指向性，并比较两者的差异；所述噪声的垂直接收指向性响应在水平方向形成清晰的凹槽时，给声纳设备检测从水平方向到达基阵的信号提供了一个非常有力的窗口；利用它们之间的差异，通过合理的调整垂直阵的指向获得更高的输出信噪比，进而提高被动声纳的作用距离。