[發明專利]一種多普勒頻偏修正方法及系統

有效

• 申請號: 201210451109.8
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN103809170A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 趙閃;陳新華;孫長瑜
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 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

本發明涉及水聲信號處理領域，特別涉及一種多普勒頻偏修正方法及系統。

背景技術

隨著低噪聲艦艇和聲隱身技術的發展，艦船等航行器的水下輻射噪聲和目標強度進一步下降，傳統的被動聲吶對目標的探測更加困難，且聲吶的檢測能力隨著安靜型目標的出現和迅猛發展而受到嚴重挑戰。

隨著科技的發展，基于被動合成孔徑技術的拖線陣聲吶的研究成為水聲信號處理領域的研究熱點問題。拖曳線列陣聲吶由于可以遠離本艦自噪聲、可以不受孔徑限制，并能變深拖曳利用水文條件，被廣泛用于水下目標特性的測量，且由小孔徑陣列合成虛擬大孔徑陣列的方法為解決低頻信號大孔徑聲吶系統的實現提供了有效途徑。被動合成孔徑聲吶正是通過拖曳線列陣運動合成得到比實際孔徑大得多的合成孔徑陣列，依靠短陣的機動突破陣列孔徑的限制，獲得更高的增益和更高的方位分辨力。依據水下艦船等目標特性分析得知螺旋槳的槳葉切割海水產生單頻信號分量等線譜成分，為合成一個比物理孔徑大得多的有效孔徑提供了可能。

拖線陣聲吶載體通常以勻速直線運動的方式對目標采取運動接收，由于實際水下復雜環境下介質和路徑擾動引起的陣列移動偏差，及海浪、潮汐、風等因素的影響，聲吶載體在進行孔徑合成時，由于水聽器陣列接收時與目標存在相對運動，產生多普勒運動頻偏，會對目標的檢測性能引起下降和處理增益帶來損失，因此解決多普勒頻偏是被動合成孔徑聲吶運動相位補償的主要問題之一?？紤]對弱目標信號檢測時，頻率未知，孔徑合成時合理估計并補償修正多普勒頻偏也是一個難題，對于由于聲吶載體與靜止/運動目標的多普勒頻偏帶來的處理增益損失及檢測性能的降低等問題，現有技術中并未有任何能夠克服上述問題的技術方案。

拖線陣相對于目標以確定性規律運動是被動合成孔徑聲吶的基礎，現有技術的被動合成孔徑聲吶算法一般用于理想情況下目標信號的檢測和分辨，但實際應用時會受到目標的運動及水聲信道等復雜因素的影響，而現有的被動合成孔徑聲吶算法在處理有關問題時忽略多普勒頻偏的補償，因而不具有可行性、通用性及實用性，不能在工程實際中得到合理應用。

發明內容

本發明的目的在于克服實際聲吶載體采用勻速直線的運動方式進行孔徑合成時，由于水聽器接收陣與目標存在的相對運動產生的多普勒頻偏，進而在孔徑合成時對目標檢測性能引起的下降及處理增益帶來的損失等問題，從而提供一種對多普勒頻率偏移進行補償的方法及系統。

為了實現上述目的，本發明提供了一種多普勒頻偏修正方法，用于包括多個陣元的拖曳線列陣，該方法包括：

步驟1)、對目標輻射噪聲進行特性分析；

步驟2)、根據目標輻射噪聲特性分析的結果，構造所述拖曳線列陣運動時對被測目標的信號進行聲場空間采樣的接收模型，然后為所述拖曳線列陣構建直角坐標系；

其中，在構建直角坐標系時，將所述拖曳線列陣中第一個陣元的初始位置作為直角坐標系的原點，將輻射目標作為點聲源；

步驟3)、預設頻點補償總數；

步驟4)、某一時刻，所述拖曳線列陣聲吶進行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當前頻點上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結果進行累加；

步驟5)、所述拖曳線列陣聲吶在運動一定時間后，所述拖曳線列陣聲吶進行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當前頻點上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結果進行累加；

步驟6)、根據步驟5)所得到的結果計算空間移動補償與時間延遲補償，將空間移動補償與時間延遲補償相加，得到所述拖曳線列陣聲吶移動前后總的相位修正補償，然后根據前一次補償的結果與所述總的相位修正補償得到擴展虛擬陣列的輸出結果；

步驟7)、將步驟6)得到的補償后的擴展虛擬陣列的輸出結果進行相干累加，獲得時間方位歷程圖，利用該時間方位歷程圖對被測目標信號進行檢測，然后判斷當前的頻點補償次數是否已經達到了步驟3)中預設的頻點補償總數，如果未達到，改變當前頻點值的大小，然后重新執行步驟4)-步驟6)，直至當前的頻點補償次數達到預設的頻點補償總數。

上述技術方案中，在所述的步驟4)與步驟5)中，所述FFT變換時所需的點數由補償精度確定。

上述技術方案中，在所述的步驟7)中，對被測目標信號進行檢測包括：