[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

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

作用距离是衡量声呐性能最重要的战术指标之一，作用距离指在一定条件下能有效发现目标并测量相关参数的最大距离。不同用途声呐对作用距离的要求不同，如警戒声呐比探雷声呐要有更远的作用距离，岸基声呐比舰用声呐的作用距离更远。现代海洋战场上，具有更远作用距离声呐系统的一方占有先机，因此在现有基础上进一步提高声呐的作用距离具有极其重要的现实意义。本发明关注提高拖曳线列阵声呐(被动)的作用距离，关键是改善其在低信噪比条件下的弱目标探测能力。

改善低信噪比条件下的弱目标探测能力，一种途径是基于频域滤波的线谱检测(参见：高精度测频与舰船线谱频率稳定性研究，《海洋技术》，2012,31(2):32-35,44)，相比连续谱成分，感兴趣的目标一般有更强线谱辐射，且线谱频率稳定。另一种途径是提高声呐在低信噪比条件的信噪比增益(处理增益)。低信噪比条件下提高被动声呐的处理增益主要有以下三大思想：一是空域的基于阵列的各种波束形成技术(参见：阵列信号处理中波束形成算法研究，浙江工业大学硕士学位论文，2012:25-33；基于声矢量阵的高分辨方位估计技术研究，哈尔滨工程大学博士论文，2004:15-134)；二也是空域的基于分裂阵的互相关或互谱接收处理(参见：微弱信号源的和波束定向方法与分裂波束定向方法的性能比较，《应用声学》，2007，26(3):129-134)；三是采用时域的平方积分器(参见：《声呐技术》，哈尔滨工程大学出版社等，2010:226-231)。

把线谱检测与其它提高处理增益的方法结合是提高声呐作用距离的必然选择，如选用感兴趣目标辐射线谱的工作频段，采用频率方差加权处理(参见：一种基于频率方差加权的线谱目标检测方法，《声学学报》，2010，35(1):76-80)不仅可以改善低信噪比条件下弱线谱目标探测能力，还能抗其他多目标强干扰(与线谱目标工作频段不重叠)。利用线谱信号的相位起伏小且具有线性斜率而环境噪声相位起伏大且随机分布的差异，基于相位旋转的差分对齐处理(参见：基于目标辐射噪声的信号起伏检测算法研究，《电子与信息学报》，2013，35(4):844-851)可抑制环境噪声提高处理增益。

针对复杂海洋信道、非平稳且极低信噪比的海洋环境，模基信号处理(参见：模基水声信号处理技术的研究现状和展望，《声学技术》，2012，31(3):245-251)引入物理模型且尽可能利用先验信息，先学习再实时调整模型参数，以复杂模型为代价换取处理增益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅抑制无目标方向波束输出，而且增强有目标方向波束输出，此外可应用于水平阵，适合装载在运动平台或海底固定式使用的基于分裂阵互谱相位差方差加权的被动探测方法。

本发明的目的是这样实现的：

(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；