[发明专利]一种基于全频谱换能器自然加权的距离向计算方法

说明书

本发明公开了一种基于全频谱换能器加权的距离向计算方法，基于在中心频率f₀附近具有较高灵敏度的接收换能器实现，所述方法包括：步骤1)将接收换能器的灵敏度曲线作为权重系数，对发射信号在所有频点进行换能器自然加权处理，获得接收信号的匹配模板；步骤2)基于接收信号的匹配模板对接收信号进行匹配相关处理，获得距离向低旁瓣数据。本发明的提出的方法可以计算出高分辨率、低旁瓣的距离向数据，能够增强声成像的清晰度。

技术领域

本发明涉及一种海洋领域的水声信号处理方法，具体涉及一种基于全频谱换能器自然加权的距离向计算方法。

背景技术

近些年，随着海洋声学技术的发展，水声探测和识别技术得到了迅速提高，使得水下探测和识别技术在水中目标探测、石油管道检测、水下航行器避碰等众多军事及国民经济领域得到了广泛的应用。在声纳系统中，相比于传统的窄带信号处理，宽带信号含有目标更丰富的信息，因此对高性能的超宽带换能器具有一定的需求。

在实际工程应用中，为了设计大带宽换能器，只是利用换能器频率响应曲线中的-3dB频率宽度作为工作带宽，此类型换能器的频率响应幅值与-3dB频率宽度较窄的换能器相比，最大频率影响幅值低，工作带宽内的频率变化曲线缓慢，品质因数(Q)值较低，造成在声纳系统在接收信号处理时，距离向旁瓣电平较高，最终导致声纳图像模糊。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提出了一种基于全频谱换能器自然加权的距离向计算方法，根据工程需求，在高灵敏度换能器的全频带范围内选取合适的系统工作带宽，对发射信号进行利用换能器的自然加权，对接收信号进行相关处理，得到接收信号的距离向数据，不仅能够实现距离向的高分辨率，而且能够实现距离向的低旁瓣。该方法不仅能够获得较高的距离分辨率，并且能够获得距离向的低旁瓣，与满足-3dB大带宽相比，大大的降低了换能器制造工艺的复杂度，易于工程实现。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于全频谱换能器自然加权的距离向计算方法，基于在中心频率f₀附近具有较高灵敏度的接收换能器实现，所述方法包括：

步骤1)将接收换能器的灵敏度曲线作为权重系数，对发射信号在所有频点进行换能器自然加权处理，获得接收信号的匹配模板；

步骤2)基于接收信号的匹配模板对接收信号进行匹配相关处理，获得距离向数据。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：

步骤1-1)在接收换能器的全频带范围内，选取工作带宽B0；

步骤1-2)基于工作带宽B0将发射信号表示为：

x_T(t)＝Acos(2π(f₀-B₀/2)t+Kπt²)

其中，x_T(t)为发射信号，t为时刻值，K为调频率，A为发射信号的幅度值；

步骤1-3)构造换能器的灵敏度曲线F(f)；

步骤1-4)将灵敏度曲线F(f)作为权重系数与发射信号做点乘运算进行自然加权，获得接收信号的匹配模板：

x_tep(t)＝x_T(t).*F(f)

其中，x_tep(t)为接收信号的匹配模板，.*为点乘运算。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1-3)具体包括：

步骤1-3-1)计算接收信号的发射头的采样点P＝[Tp*f_s]，其中，P＝[·]表示向下取整运算；T_p为发射信号的时间宽度，f_s为接收信号的采样率；