[发明专利]一种多普勒频偏修正方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及水声信号处理领域，特别涉及一种多普勒频偏修正方法及系统。

背景技术

随着低噪声舰艇和声隐身技术的发展，舰船等航行器的水下辐射噪声和目标强度进一步下降，传统的被动声呐对目标的探测更加困难，且声呐的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。

随着科技的发展，基于被动合成孔径技术的拖线阵声呐的研究成为水声信号处理领域的研究热点问题。拖曳线列阵声呐由于可以远离本舰自噪声、可以不受孔径限制，并能变深拖曳利用水文条件，被广泛用于水下目标特性的测量，且由小孔径阵列合成虚拟大孔径阵列的方法为解决低频信号大孔径声呐系统的实现提供了有效途径。被动合成孔径声呐正是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。

拖线阵声呐载体通常以匀速直线运动的方式对目标采取运动接收，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，及海浪、潮汐、风等因素的影响，声呐载体在进行孔径合成时，由于水听器阵列接收时与目标存在相对运动，产生多普勒运动频偏，会对目标的检测性能引起下降和处理增益带来损失，因此解决多普勒频偏是被动合成孔径声呐运动相位补偿的主要问题之一。考虑对弱目标信号检测时，频率未知，孔径合成时合理估计并补偿修正多普勒频偏也是一个难题，对于由于声呐载体与静止/运动目标的多普勒频偏带来的处理增益损失及检测性能的降低等问题，现有技术中并未有任何能够克服上述问题的技术方案。

拖线阵相对于目标以确定性规律运动是被动合成孔径声呐的基础，现有技术的被动合成孔径声呐算法一般用于理想情况下目标信号的检测和分辨，但实际应用时会受到目标的运动及水声信道等复杂因素的影响，而现有的被动合成孔径声呐算法在处理有关问题时忽略多普勒频偏的补偿，因而不具有可行性、通用性及实用性，不能在工程实际中得到合理应用。

发明内容

本发明的目的在于克服实际声呐载体采用匀速直线的运动方式进行孔径合成时，由于水听器接收阵与目标存在的相对运动产生的多普勒频偏，进而在孔径合成时对目标检测性能引起的下降及处理增益带来的损失等问题，从而提供一种对多普勒频率偏移进行补偿的方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多普勒频偏修正方法，用于包括多个阵元的拖曳线列阵，该方法包括：

步骤1)、对目标辐射噪声进行特性分析；

步骤2)、根据目标辐射噪声特性分析的结果，构造所述拖曳线列阵运动时对被测目标的信号进行声场空间采样的接收模型，然后为所述拖曳线列阵构建直角坐标系；

其中，在构建直角坐标系时，将所述拖曳线列阵中第一个阵元的初始位置作为直角坐标系的原点，将辐射目标作为点声源；

步骤3)、预设频点补偿总数；

步骤4)、某一时刻，所述拖曳线列阵声呐进行采样操作，然后对采样时各个阵元所接收到的信号做FFT变换以及频域波束形成，接着在当前频点上对各个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加；

步骤5)、所述拖曳线列阵声呐在运动一定时间后，所述拖曳线列阵声呐进行采样操作，然后对采样时各个阵元所接收到的信号做FFT变换以及频域波束形成，接着在当前频点上对各个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加；

步骤6)、根据步骤5)所得到的结果计算空间移动补偿与时间延迟补偿，将空间移动补偿与时间延迟补偿相加，得到所述拖曳线列阵声呐移动前后总的相位修正补偿，然后根据前一次补偿的结果与所述总的相位修正补偿得到扩展虚拟阵列的输出结果；

步骤7)、将步骤6)得到的补偿后的扩展虚拟阵列的输出结果进行相干累加，获得时间方位历程图，利用该时间方位历程图对被测目标信号进行检测，然后判断当前的频点补偿次数是否已经达到了步骤3)中预设的频点补偿总数，如果未达到，改变当前频点值的大小，然后重新执行步骤4)-步骤6)，直至当前的频点补偿次数达到预设的频点补偿总数。

上述技术方案中，在所述的步骤4)与步骤5)中，所述FFT变换时所需的点数由补偿精度确定。

上述技术方案中，在所述的步骤7)中，对被测目标信号进行检测包括：