[发明专利]一种声纳阵列信号处理方法

说明书

技术领域

本发明属于水声信号处理技术领域，具体涉及一种声纳阵列信号处理方法。

背景技术

阵列信号处理是绝大部分声纳信号处理的核心技术。Harry L.Van Trees在其经典巨著Optimum Array Processing（John Wiley & Sons,Inc，2002）中对阵列信号处理技术做了全面深入研究。阵列信号处理中，抗各向同性空间噪声的最优处理器是常规延时相加波束形成器；抗强干扰源的一般处理方法是广义旁瓣抵消器及其各种等效实现。在抗强干扰源时假设干扰为远场平面波，如“宽带波束域相干信号子空间高分辨方位估计”（声学学报，31（5）：418-424，2006年9月）在干扰源方向阵列波束图中形成凹槽，“自适应宽带多途干扰抵消的实时处理算法”（声学与电子工程，总第55期：1-10，1999年第三期）形成指向干扰的端射波束；或者假设干扰到阵列各阵元的传递函数已知，通过对传输函数补偿提取干扰信号，如“多途信道中声屏蔽及声聚焦”（哈尔滨工程大学学报，30（3）：299-306，2009年3月）和“匹配场噪声抑制：原理及对水听器阵列的应用”（科学通报，48(12)：1274-1278，2003年6月）。这些做法均是基于阵列各阵元接收的信号自身进行处理而得到，属于经典阵列信号处理范畴。

声纳部位自噪声是声纳设备的干扰之一，它在较高航速下高于海洋环境噪声和混响干扰，是限制声纳作用距离的主要因素。抑制声纳部位主要自噪声成分具有重要意义和实际应用价值。声纳部位自噪声来源众多，传播途径复杂，工程上难以全面抑制。通常在噪声源和传播途径两方面采取物理措施，如“船舶声呐部位自噪声的预报方法及其控制技术”（船舶力学，6（5）：80-94，2002年10月）指出改进声纳罩设计和应用多功能声障板。这类措施考虑的重点放在物理措施上，没有从信号处理的角度考虑自噪声的控制问题。

从上可知，现有技术存在下缺点：

a、在自适应波束形成时，每个波束均需要进行自适应抗干扰处理。在工程实践中，为了避免波束搭接的不连续性，波束个数通常大于阵元个数，这样自适应计算量大，给实时运算带来了负担。

b、通常假设空间离散干扰到各阵元的相对时延或传递函数是已知的，尽管其时频特性是未知的。这种假设并不总是成立。

c、阵列信号处理技术总是基于组成阵列的各阵元提供的信息，没有利用其它可能的传感器提供的信息。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种声纳在高航速下应用的声纳阵列信号处理方法。在高航速下，推进器噪声限制了声纳作用距离，本发明可以很好地消除声纳阵列信号中的推进器噪声，从而在高航速下提高声纳的作用距离。

实现本发明的技术方案如下：

一种声纳阵列信号处理方法，具体步骤为：

步骤一、在舰船推进器附近设置参考噪声传感器；

步骤二、对声纳阵列的各阵元信号进行采样，对噪声传感器生成的参考信号进行采样；

步骤三、对各阵元信号和参考信号分别进行分频段滤波，得到不同频段的阵元信号和参考信号；

步骤四、利用参考信号对分频段滤波后的各阵元信号分别进行自适应噪声抵消；

本步骤的具体过程为：

（1）针对每一分频段滤波后的阵元信号，选取与其频段相同的参考信号组成一组，并为每一组信号设定对应的权值；

（2）针对每一组阵元信号和参考信号，首先将参考信号与对应的权值相乘，然后将阵元信号减去相乘的结果，得到噪声抵消后的阵元信号，并利用噪声抵消后的阵元信号更新对应的权值；

步骤五、将步骤四得到的噪声抵消后的阵元信号进行波束形成，根据形成的波束判断出目标。

进一步地，本发明权值W(n+1)按照式（12）进行更新：

W(n+1)＝W(n)+2με(n)X(n)       （12）其中X(n)为阵元信号，ε(n)为噪声抵消后的阵元信号，μ为预设的学习步长，n为权值更新的次数。

进一步地，本发明将权值W(n+1)按照式（13）进行递归滤波，并将递归滤波得到的结果作为第n+1更新得到的权值；