[發明專利]一種目標噪聲測量中的陣列噪聲信號的聚焦方法

無效

• 申請號: 200710176151.2
• 申請日: 2007-10-22
• 公開（公告）號: CN101419090A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 陳守虎;吳國清;張雙榮;馬力;曹建國;朱墨;周建清;肖迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01R23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及目標噪聲測量，特別涉及一種目標噪聲測量中的陣列噪聲信號的聚焦方法。?

背景技術

與普通的聲檢測相比，目標噪聲測量有以下特點：?

首先，目標源級可能會很低，因此，通常需要借助陣列進行測量，以取得足夠的空間增益；?

其次，由于目標源級較低，同時，又需要測量信號中的高頻成分，因此，必須對目標進行近場測量，通常的測量距離是50～100m，在這個距離上，已經不能將目標輻射噪聲完全視為平面波；?

再次，受測量條件限制，陣列的形狀、陣元的位置都是不完全確定的。?

總之，因為上述這些因素，常規波束形成的精度很難讓人滿意。而且，目標噪聲測量并非定性檢測，而是定量計量，要求有較高的測量精度。?

基于以上特點，使用陣列進行目標噪聲測量時需要有高信噪比的測距信號準確測定目標至各個陣元的距離，通過測距電路給出的時間信息，可以對相應通道的信號進行延時操作，這是陣列噪聲測量系統聚焦處理的典型做法。同步測距是目前測量水下合作目標與測量體之間運動距離的可靠方法之一，顧名思義，測距電路用于測量聲音信號由目標到達相應傳感器的傳播距離，實際上，測距電路直接給出的是聲音信號由目標到達相應傳感器的傳播時間，乘以聲速就是傳播距離。?

但是，由于信號畸變、器件一致性、目標體積元等因素的存在，傳統的測距精度往往只能達到幾十厘米的量級。而且，出于系統復雜度和成本的考慮，通常不會為所有陣元配備測距手段，而是在幾路測距的基礎上，利用陣形信息幾何求解其它陣元到目標的距離。由于陣形的不完全確定性，幾何計算的結果將會引入大至米級的測距誤差。?

對于常見的艦船噪聲信號來說，30cm的測距誤差(相當于0.2ms的延時誤差)將會導致信號相關性能下降至0.6，1m的測距誤差(相當于0.67ms的延時誤差)?將會導致信號相關性能下降至0.4，這樣的測距誤差不僅導致高頻信號聚焦完全失敗，而且也會使信號的低頻成分損失1～4dB的空間處理增益。所以，有必要研究在現有測量條件下，如何進一步提高陣列噪聲信號的聚焦精度。?

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術達不到陣列噪聲信號的聚焦精度的要求的局限，從而提供一種目標噪聲測量中的陣列噪聲信號的聚焦方法，以使精確聚焦成為可能。?

為實現本發明的上述目的，本發明的核心是在常規測距的基礎上，利用低頻譜線的相位信息對陣元延時進行微調，從而實現精確的陣列聚焦。因為目標噪聲譜中往往存在一些能量集中的譜線，這些譜線可能對應于發動機轉速、螺旋槳葉片數目等，同時，由于目標噪聲的產生機制，也因為近距離測量中水聲信道相對穩定，這些譜線往往比較平穩，至少是隨時間緩變的準平穩信號，相位連續性較好。另外，這些譜線往往集中了較強的能量，信噪比高，處理的魯棒性較好。?

在信號分析中，通常人們認為譜線一類的窄帶信號的時間分辨能力較差，造成這種普遍看法的原因是窄帶信號具有明顯的短周期特征，使用窄帶信號進行時間分辨(比如使用波形作相關)時，解不是唯一的(對應于相關結果的峰值周期出現)。但是，在窄帶信號的一個周期內，解是唯一的，一個周期的限制相當于給一個多解的問題限定了一個主值區間。而已有的測距手段可以將聲程誤差鎖定在米或者亞米級，對于1kHz以下的低頻信號來說，在這個測距誤差的基礎上，利用窄帶信號進行時間分辨就是一個有唯一解的問題。本發明中“初步相位對齊”階段仍然沿用這種做法，以將不同通道聲信號的延時誤差控制在一定范圍內，從而使得下一步使用譜線相位信息進行精確聚焦成為可能。?

本發明提供的一種目標噪聲測量中的陣列噪聲信號的聚焦方法，包括以下步驟：?

(1)獲取各通道的噪聲信號；?

傳感器陣列接收到的目標輻射噪聲，經信號采集記錄裝置采集、記錄形成各通道噪聲信號；?

(2)初步延時對齊；?

通過測距電路的測距數據對各通道的噪聲信號進行初步延時對齊；?

(3)分析噪聲信號，取得各通道的典型譜線；?

由噪聲信號的功率譜密度計算其1/3倍頻程平均功率譜密度，比較噪聲信號的功率譜密度和1/3倍頻程平均功率譜密度，選取高出1/3倍頻程平均功率譜密度6dB以上的譜線作為典型譜線；由噪聲信號的功率譜可以計算其1/3倍頻程平均功率譜，即計算1/3倍頻程頻帶內的平均功率譜，屬于典型的成熟算法，可以參考任何一本關于功率譜分析的書籍。?

且，所述的典型譜線的頻率應該低于f_u，?

其中c為聲速，Δl為測距電路的測距精度；?