[发明专利]加权空域处理拖线阵声纳平台辐射噪声零响应抑制方法

说明书

本发明属于水声探测技术领域，涉及到拖线阵声纳信号处理技术，公开了加权空域处理拖线阵声纳平台辐射噪声零响应抑制方法。本发明利用平面波阵列流形、平台辐射噪声拷贝向量、加权系数矩阵设计最优空域矩阵滤波器，通过对加权系数矩阵迭代的方式，实现对平台辐射噪声零响应约束的条件下，空域矩阵滤波器对远场平面波信号各个方位响应均衡的效果。

技术领域

本发明属于水声探测技术领域，涉及到拖线阵声纳信号处理技术，特别涉及加权空域处理拖线阵声纳平台辐射噪声零响应抑制方法。

背景技术

海洋中的目标探测，主要依靠目标的辐射噪声。利用拖线阵声纳可以实现目标定位，声纳水听器阵列位于舰艇或潜艇后数百至数千米，由电缆相连。虽然舰艇、潜艇平台与水听器阵列之间的距离较远，但由于受各种条件的限制，电缆长度总是有限的，平台的辐射噪声对水听器阵列的影响依然非常严重，会在拖线阵声纳端首方位形成探测盲区，同时影响其他方位的目标探测性能。

利用空域矩阵滤波技术，可以实现拖线阵声纳平台辐射噪声抑制。文献([1]韩东，李启虎，李建，康春玉，黄海宁。拖曳线列阵声纳平台噪声的空域滤波抑制技术。声学学报，39(1):27-34；[2]韩东，张海勇，黄海宁，李启虎。基于远近场声传播特性的拖线阵声纳平台辐射噪声空域矩阵滤波技术。电子学报，42(3):432-438)针对拖线阵声纳平台辐射噪声构成近场强干扰影响声纳弱目标探测的问题，利用近场平台辐射噪声的多途传播特性及远场目标信号的平面波传播特性，将匹配场定位技术和远场平面波目标方位估计技术结合，利用平台辐射噪声到达接收阵的拷贝向量以及远场平面波方向向量，共同设计具有强干扰抑制功能的空域矩阵滤波器，实现近场平台辐射噪声抑制。通过设计两种最优化问题，获得不同的平台辐射噪声抑制效果。第一个最优化问题设计的滤波器对平台噪声拷贝向量的响应为零，从而对远场平面波利用常规波束形成估计目标方位时，消除平台辐射噪声；第二个最优化问题设计的滤波器对平台辐射噪声拷贝向量响应绝对值小于或等于某个设定的特定值，从而实现定量抑制平台辐射噪声的目的。

在对接收的阵列数据进行空域滤波数据处理时，由于平台辐射噪声拷贝向量与远场平面波方向向量之间的相关性，使得空域矩阵滤波器对平台辐射噪声产生作用的同时，也对远场平面波产生一定的作用。尤其是在平台辐射噪声拷贝向量与远场平面波方向向量两者相关性强的一些方位，会对这些方位的远场平面波信号产生一定的抑制作用，影响了这些方位的远场弱目标探测能力。

发明内容

本发明提供了一种加权空域处理拖线阵声纳平台辐射噪声零响应抑制方法，解决的技术问题是处理拖线阵声纳接收的阵列数据，在阵列数据预处理阶段实时跟踪并抑制平台辐射噪声，增强拖线阵声纳目标探测性能。

本发明的技术方案是：

利用平面波阵列流形、平台辐射噪声拷贝向量、加权系数矩阵设计最优空域矩阵滤波器，通过对加权系数矩阵迭代的方式，实现对平台辐射噪声零响应约束的条件下，空域矩阵滤波器对远场平面波信号各个方位响应均衡的效果。

假设空域远场平面波信号入射方位角集合为Θ_P，远场平面波信号方向向量构成的阵列流形矩阵为A。

A＝[a(θ₁),…,a(θ_p),…,a(θ_P)],1≤p≤P,θ_p∈Θ_P

其中a(θ_p)是远场平面波信号经空域离散化，入射到阵列的第p个方向向量，P对应于远场平面波信号离散化方向向量的总数。

设拖线阵声纳水听器阵元数为N，维数为N×N的空域矩阵滤波器H对远场平面波信号方向向量的响应误差为：

令w(θ_p)为远场平面波信号方向向量响应误差加权系数，则空域矩阵滤波器对远场平面波信号加权总体响应误差为：