[发明专利]一种被动合成孔径目标信号检测和分辨方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及水声被动声纳信号检测方法和拖线阵被动合成孔径声纳(Passive Synthetic Aperture Sonar,PSAS)技术用于目标信号检测和分辨的算法，尤其涉及一种运动非重叠孔径拖线阵被动合成孔径信号检测方法及系统。

背景技术

近年来，被动声纳系统对低噪声目标的检测变得越来越重要，且越来越困难，其检测能力随着安静型目标的出现和迅猛发展而受到严重挑战。纵观声纳发展史，高分辨和高增益一直是声纳领域追求的目标，为提高声纳探测距离，其工作频段越来越低，而低频条件下提高方位分辨力意味着更长的水听器阵列，但由于拖曳过程中的稳定性和机动性的限制，把基阵长度增加到太大的量级是不现实的，被动合成孔径算法是解决此问题的一种重要手段，其通过拖曳线列阵运动合成得到比实际孔径大得多的合成孔径阵列，依靠短阵的机动突破阵列孔径的限制，获得更高的增益和更高的方位分辨力。依据水下舰船等目标特性分析得知螺旋桨的桨叶切割海水产生单频信号分量等线谱成分为合成一个比物理孔径大得多的有效孔径提供了可能，被动合成孔径声纳技术实现方法为在阵列相继两次运动时，对空间位置上重叠部分的水听器接收信号做互相关平均，作为后此未重叠水听器接收信号的相位修正因子，将此相位修正因子用于运动阵相继位置上的波束输出的相干组合可得到扩展的拖线阵等效长度。由于实际水下复杂环境下介质和路径扰动引起的阵列移动偏差，常规被动合成孔径声纳算法相位修正补偿在间隔时间固定的两个连续位置上，阵元孔径前后不完全重合，使得相位估计因子出现误差甚至错误，即PSAS算法如扩展拖线尺寸算法进行阵列扩展中存在有重叠阵元位置约束问题，导致不能有效检测和分辨水下目标信号。重叠阵元(孔径)被动合成孔径声纳算法一般用于理想情况下目标信号的检测和分辨，考虑水声信道等复杂因素影响，实际应用中拖线阵维持恒定速度以保证连续测量时重叠水听器的空间位置相同难以满足，不具有可行性、通用性及实用性，使被动合成孔径声纳常规信号检测和分辨方法不能在工程合理得到应用。

发明内容

本发明的目的在于，被动声纳拖曳线列阵应用较短的基阵获得几倍到几十倍的实际物理孔径阵的增益和分辨力，实现对水下弱目标信号的有效检测，并使得被动合成孔径技术有效应用到工程实际中，即本发明提供了一种被动合成孔径目标信号检测和分辨方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种被动合成孔径目标信号检测和分辨方法，该方法应用被动合成孔径技术实现对水下弱目标信号进行有效检测，所述的方法包含：

步骤101)构造在拖线阵移动下对目标信号的运动多普勒接收模型；

步骤102)依据被动合成孔径声纳算法利用拖线阵阵列在固定的时间间隔发生相继两次运动时，分别对空间位置上重叠部分的水听器接收的目标信号做互相关平均，即将接收的目标信号进行分时间段处理，分析每相邻两次时间段的接收信号，然后对不同时间段各阵元接收的目标信号进行频域波束形成处理；

步骤103)对频域波束形成后的输出分频带进行能量积分得到各时间段波束输出；

步骤104)按拖线阵移动下构建的多普勒接收模型，分别对时间延迟及空间位置移动进行相位估计，并依据得到的相位估计获取相位修正因子；

步骤105)将分时间段各次相位修正因子用于补偿步骤103）的波束输出，对补偿后的波束输出相干组合累加进而获得时间方位历程图，读出目标所在方位，将其方位记录进行处理及判别，实现对目标的检测。

上述技术方案中，所述重叠部分的水听器的具体重叠数目为拖线阵阵元总个数的一半。

上述技术方案中，所述相位修正因子为时间延迟估计和空间位置移动相位估计的和。

上述技术方案中，所述步骤102）进一步包含如下子步骤：

步骤102-1）依据被动合成孔径声纳算法利用拖线阵阵列在固定的时间间隔发生相继两次运动时，分别对空间位置上重叠部分的水听器接收信号做互相关平均，即将接收信号进行分时间段处理，分析每相邻两次时间段的接收信号；

其中，该步骤还包含采用线谱检测策略检测接收的目标信号中的有用的信号；

步骤102-2）然后对不同时间段各阵元接收信号进行频域波束形成处理。

上述技术方案中，所述步骤105）进一步包含如下子步骤：

步骤105-1）依据步骤104）得到的“相位估计获取相位修正因子”及步骤103）中“各时间段波束输出”，分时间段处理，将各时间段的相位修正因子与对应时间段波束输出进行相乘等处理，即完成对“分时间段各次相位修正因子用于补偿步骤103）的波束输出”；