[發明專利]一種寬帶相干模基信號處理方法及系統

有效

• 申請號: 201210210580.8
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN103513249A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 鞏玉振
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06;G01S7/52
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明屬于聲納數字信號處理領域，特別涉及一種寬帶相干模基信號處理方法。

背景技術

在聲納系統中，根據工作原理的不同，分為主動聲納和被動聲納。被動聲納本身不發射聲信號，只是被動地接受可疑目標的輻射噪聲，以進行目標檢測，繼而進行目標聲源的定位以及識別。

被動聲納聲源定位需要空間、帶寬等信息，以得到較低的旁瓣，并提高對環境失配的魯棒性以及對噪聲的抑制能力。海洋傳播信道是頻率變化的，信道的衰落與時散特性在本質上是由于海洋環境地聲屬性的頻率依賴性引起的。對固定的海域，采用單頻或窄帶信號進行模基處理可能會導致分辨率低、穩健性差及唯一性等問題，而用足夠寬的寬帶信號可以得到更優的處理結果。

寬帶信號處理方法可以分為兩種：一種是傳統的非相干方法，另一種是相干方法。非相干的處理方法利用了一個頻點內的空間相干性，但沒有考慮頻率之間的相干信息，多個頻率點的模糊表面直接進行實數域平均。目前的處理算法大多采用這種空間相干處理、頻率間非相干處理的方法。而相干處理方法則考慮了頻率間的互相關信息，并選擇與頻率有關的加權系數進行加權平均，由于考慮到了頻率間的相干性，可以更充分地利用水聲傳播特性，從而提高定位的準確度。目前，對寬帶相干處理的研究是一個熱門課題。。

最初的寬帶相干模基處理算法是在時域實現的，在文獻1“C.S.Clay.Optimum?time?domain?signal?transmission?and?source?localization?in?a?waveguide.J.Acoust.Soc.Am.,81:660-664,1987”中，最早實現了時域的寬帶相干匹配場處理，他提出用測量得到的脈沖響應與建模得到脈沖響應相匹配，以此來估計聲源位置，他還將此方法擴展到多陣元的互相關處理。文獻2“R.K.Brienzo,W.S.Hodgkiss.Broadband?matched-field?processing.J.Acoust.Soc.Am.,94:2821-2831,1993”使用該算法在試驗中成功地定位了9km處的爆炸聲源。但是這種算法需要預先知道聲源的頻譜，這在大多被動聲納的應用條件下是不可能的。在文獻3“P.Hursky，M.B.Porter,M.Siderius.High?frequency(8-16hz)model-based?source?localization.J.Acoust.Soc.Am.,115:3021-3032,2004”中，研究了高頻段（1kHz以上）時域寬帶MFP的性能，由于高頻段對于參數擾動更加敏感，聲源定位更加困難。他們首先假設聲源波形已知，從而使用匹配濾波的方法得到信道的脈沖響應，與建模得到的脈沖響應相匹配，即可得到聲源位置的估計，當波形未知時，他們將兩個水聽器接收到的信號做互相關處理，從而消除了聲源波形對處理器的影響，文中還給出了聲源深度和距離的跟蹤結果。

文獻4“E.K.Westwood.Broadband?matched-field?source?localization.J.Acoust.Soc.Am.,91(5):2777-2789,May?1992”在頻域實現了寬帶相干模基處理，與時域寬帶相干處理的思想一致，在頻域中，也是將測量得到的脈沖響應與建模得到的脈沖響應做相關處理。與時域的方法不同，處理器輸出不再是時域的相關函數的最大值，而是頻域互相關的相干累加。由于該處理器在每個頻點做了相關處理，所以不需要知道聲源的頻譜信息。文獻4指出，寬帶相干處理器好于非相干處理器，在相干處理器中，去掉自相關的部分（即CSDM中的對角項）效果會更好，此外，他還討論了陣孔徑、信號帶寬對處理器性能的影響，使用更多的陣元、更大的帶寬、更大的孔徑將會獲得更好地定位結果。文中還給出了5000m深海的試驗結果，使用200米錨底垂直陣，成功的將聲源跟蹤到了42km的距離。