[发明专利]一种基于分裂阵互谱相位差方差加权的被动探测方法

摘要

本发明涉及阵列信号处理的水声被动探测领域，具体涉及水下拖曳线列阵探测过程中克服海洋环境噪声干扰的基于分裂阵互谱相位差方差加权的被动探测方法。本发明包括：由声速仪测量声波在水中传播的速度；采用半波间距布放水平均匀直线阵；半波间距直线阵接收声场中各声源的辐射信号；将半波间距M元阵均匀地划分为左子阵和右子阵；对左子阵和右子阵分别同时进行常规波束形成；计算左子阵波束输出与右子阵波束输出的共轭互谱；设置引导方位角，输出加权后的预成多波束图。本发明充分利用分裂阵互谱处理及互谱相位差方差的方位域特征，适用于水声工程中低信噪比条件下克服海洋环境噪声影响提高信噪比增益进而提高拖线阵声呐被动探测的作用距离。

主权项

一种基于分裂阵互谱相位差方差加权的被动探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)由声速仪测量声波在水中传播的速度c；(2)采用半波间距布放水平均匀直线阵，设阵元间距为d，水听器阵元个数为M；(3)半波间距直线阵接收声场中各声源的辐射信号，接收的信号包括需要探测的弱目标辐射的信号和各阵元接收的本地海洋环境噪声，设目标信号来自θ方向，各阵元接收信号分别为x_i(t)，i为阵元序号，i＝1,…,M；(4)将半波间距M元阵均匀地划分为左子阵和右子阵，若M为偶数，则等效的2元阵间距D为Md/2，若M为奇数，则中间阵元为两子阵共用，间距D为(M‑1)d/2；(5)对左子阵和右子阵分别同时进行常规波束形成，设M为偶数，则左子阵的波束输出为右子阵的波束输出为其中τ为两阵元补偿的时延差，有(6)计算左子阵波束输出与右子阵波束输出的共轭互谱：式中Y₁(f)和Y₂(f)分别为两子阵波束输出y₁(t)和y₂(t)的傅里叶变换；(7)取共轭互谱的正实部Re{Y(f)}和互谱相位差ψ，Y(f)＝|Y(f)|e^jψ；(8)多次计算，统计互谱相位差的方差D(ψ)；(9)用互谱相位差方差的非负减函数值作为权值对互谱正实部输出加权；(10)设置引导方位角θ₀，输出加权后的预成多波束图；M元均匀直线阵被分为左子阵和右子阵，M为奇数时，中心阵元共用；原阵等效为2元阵，原阵元间距为d，等效2元阵的间距D为：在频域，两子阵各自常规波束形成的输出共轭相乘即得到互谱；互谱实部的的指向性函数D(θ,θ₀)为$D(\mathrm{\θ},{\mathrm{\θ}}_0)={\left\{\frac{sin\[\frac{M\mathrm{\π}d}{2\mathrm{\λ}}(sin\mathrm{\θ}-{\mathrm{sin\θ}}_0)\]}{\frac{M}{2}\sin \[\frac{\mathrm{\π}d}{\mathrm{\λ}}(sin\mathrm{\θ}-{\mathrm{sin\θ}}_0)\]}\right\}}^2\×\cos \[\frac{2\mathrm{\π}D(sin\mathrm{\θ}-{\mathrm{sin\θ}}_0)}{\mathrm{\λ}}\]$式中c为声速，波长λ＝c/f；θ₀为引导方位角，即波束极大值方向，或简称波束指向；θ为方位角，以基阵法线为0°；其余变量同前；主瓣宽度Θ/2为$\mathrm{\Θ}/2={\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2Md}\right)$补偿后的互谱相位差ψ为：$\mathrm{\ψ}=\frac{2\mathrm{\π}D(\sin \mathrm{\θ}-{\mathrm{sin\θ}}_0)}{\mathrm{\λ}}$当引导方位对准目标时，即θ＝θ₀，有ψ＝0；即无干扰时，两个子阵对应波束输出是同相位的，它们的相位差为零；此时互谱为实函数，虚部为零；因此，有非相干干扰时，目标信号能量主要在互谱实部中，虚部的信噪比低，因此要取互谱的实部输出；又因引导方位对准目标时，即θ＝θ₀，分裂阵互谱处理的指向性输出为正，且为最大值；当引导方位没有对准目标时，即θ≠θ₀时，由于项的影响，其指向性输出有正有负，于是取其正实部作为波束输出，把负的输出置零。