[發(fā)明專利]一種聲納陣列信號處理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310320094.6
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103543448A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫國倉;鄧海華;劉宏;王建勛;彭亮;鄭國垠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;李愛英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水聲信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聲納陣列信號處理方法。

背景技術(shù)

陣列信號處理是絕大部分聲納信號處理的核心技術(shù)。Harry?L.Van?Trees在其經(jīng)典巨著Optimum?Array?Processing（John?Wiley?&?Sons,Inc，2002）中對陣列信號處理技術(shù)做了全面深入研究。陣列信號處理中，抗各向同性空間噪聲的最優(yōu)處理器是常規(guī)延時相加波束形成器；抗強(qiáng)干擾源的一般處理方法是廣義旁瓣抵消器及其各種等效實(shí)現(xiàn)。在抗強(qiáng)干擾源時假設(shè)干擾為遠(yuǎn)場平面波，如“寬帶波束域相干信號子空間高分辨方位估計(jì)”（聲學(xué)學(xué)報，31（5）：418-424，2006年9月）在干擾源方向陣列波束圖中形成凹槽，“自適應(yīng)寬帶多途干擾抵消的實(shí)時處理算法”（聲學(xué)與電子工程，總第55期：1-10，1999年第三期）形成指向干擾的端射波束；或者假設(shè)干擾到陣列各陣元的傳遞函數(shù)已知，通過對傳輸函數(shù)補(bǔ)償提取干擾信號，如“多途信道中聲屏蔽及聲聚焦”（哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報，30（3）：299-306，2009年3月）和“匹配場噪聲抑制：原理及對水聽器陣列的應(yīng)用”（科學(xué)通報，48(12)：1274-1278，2003年6月）。這些做法均是基于陣列各陣元接收的信號自身進(jìn)行處理而得到，屬于經(jīng)典陣列信號處理范疇。

聲納部位自噪聲是聲納設(shè)備的干擾之一，它在較高航速下高于海洋環(huán)境噪聲和混響干擾，是限制聲納作用距離的主要因素。抑制聲納部位主要自噪聲成分具有重要意義和實(shí)際應(yīng)用價值。聲納部位自噪聲來源眾多，傳播途徑復(fù)雜，工程上難以全面抑制。通常在噪聲源和傳播途徑兩方面采取物理措施，如“船舶聲吶部位自噪聲的預(yù)報方法及其控制技術(shù)”（船舶力學(xué)，6（5）：80-94，2002年10月）指出改進(jìn)聲納罩設(shè)計(jì)和應(yīng)用多功能聲障板。這類措施考慮的重點(diǎn)放在物理措施上，沒有從信號處理的角度考慮自噪聲的控制問題。

從上可知，現(xiàn)有技術(shù)存在下缺點(diǎn)：

a、在自適應(yīng)波束形成時，每個波束均需要進(jìn)行自適應(yīng)抗干擾處理。在工程實(shí)踐中，為了避免波束搭接的不連續(xù)性，波束個數(shù)通常大于陣元個數(shù)，這樣自適應(yīng)計(jì)算量大，給實(shí)時運(yùn)算帶來了負(fù)擔(dān)。

b、通常假設(shè)空間離散干擾到各陣元的相對時延或傳遞函數(shù)是已知的，盡管其時頻特性是未知的。這種假設(shè)并不總是成立。

c、陣列信號處理技術(shù)總是基于組成陣列的各陣元提供的信息，沒有利用其它可能的傳感器提供的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種聲納在高航速下應(yīng)用的聲納陣列信號處理方法。在高航速下，推進(jìn)器噪聲限制了聲納作用距離，本發(fā)明可以很好地消除聲納陣列信號中的推進(jìn)器噪聲，從而在高航速下提高聲納的作用距離。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種聲納陣列信號處理方法，具體步驟為：

步驟一、在艦船推進(jìn)器附近設(shè)置參考噪聲傳感器；

步驟二、對聲納陣列的各陣元信號進(jìn)行采樣，對噪聲傳感器生成的參考信號進(jìn)行采樣；

步驟三、對各陣元信號和參考信號分別進(jìn)行分頻段濾波，得到不同頻段的陣元信號和參考信號；

步驟四、利用參考信號對分頻段濾波后的各陣元信號分別進(jìn)行自適應(yīng)噪聲抵消；

本步驟的具體過程為：

（1）針對每一分頻段濾波后的陣元信號，選取與其頻段相同的參考信號組成一組，并為每一組信號設(shè)定對應(yīng)的權(quán)值；

（2）針對每一組陣元信號和參考信號，首先將參考信號與對應(yīng)的權(quán)值相乘，然后將陣元信號減去相乘的結(jié)果，得到噪聲抵消后的陣元信號，并利用噪聲抵消后的陣元信號更新對應(yīng)的權(quán)值；

步驟五、將步驟四得到的噪聲抵消后的陣元信號進(jìn)行波束形成，根據(jù)形成的波束判斷出目標(biāo)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明權(quán)值W(n+1)按照式（12）進(jìn)行更新：

W(n+1)＝W(n)+2με(n)X(n)???????（12）其中X(n)為陣元信號，ε(n)為噪聲抵消后的陣元信號，μ為預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)步長，n為權(quán)值更新的次數(shù)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明將權(quán)值W(n+1)按照式（13）進(jìn)行遞歸濾波，并將遞歸濾波得到的結(jié)果作為第n+1更新得到的權(quán)值；