[發(fā)明專利]一種利用垂直陣LCMV波束形成的水下目標(biāo)輻射噪聲測量方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810263824.6 | 申請日： | 2018-03-28 |
| 公開（公告）號： | CN108828522B | 公開（公告）日： | 2022-04-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉雄厚;李曉彬;孫超;蔣國慶;張少東 | 申請（專利權(quán)）人： | 西北工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | G01S5/18 | 分類號： | G01S5/18 |
| 代理公司： | 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204 | 代理人： | 華金 |
| 地址： | 710072 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 利用 垂直 lcmv 波束 形成 水下 目標(biāo) 輻射 噪聲 測量方法 | ||
本發(fā)明涉及一種利用垂直陣LCMV波束形成的水下目標(biāo)輻射噪聲測量方法，該方法利用淺海波導(dǎo)環(huán)境下目標(biāo)直達波信號和多途信號具有不同垂直到達角的特點，通過多途到達角跟蹤、估計等方法獲得波束主瓣保形區(qū)域，在此基礎(chǔ)上采用線性約束最小方差波束形成法(Linearly Constrained Minimum Variance：LCMV)獲得直達波信號，并在多途方向形成波束凹槽抑制多途干擾，獲得優(yōu)于傳統(tǒng)單聲壓水聽器測量方法的水下目標(biāo)輻射噪聲測量結(jié)果。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于噪聲測量領(lǐng)域，具體涉及一種利用垂直陣LCMV波束形成的水下目標(biāo)輻射噪聲測量方法。
背景技術(shù)
水下目標(biāo)輻射噪聲是被動聲吶探測裝置的信息源，可以用來判定目標(biāo)的存在并估計其參數(shù)。另外，該輻射噪聲也是影響水下目標(biāo)隱蔽性的重要指標(biāo)之一，對其的精確測量是進行減振降噪以降低被發(fā)現(xiàn)概率的前提。因此需要研究高精度的水下目標(biāo)輻射噪聲測量方法。
目前，對于水下目標(biāo)輻射噪聲的測量方法主要是單聲壓水聽器測量法。該方法原理簡單，布放時只需要將測量水聽器布放得與水下目標(biāo)幾何中心等深度即可，水下目標(biāo)從距離測量水聽器一千米處起航，以固定航向、恒定深度，勻速通過測量水聽器。在此過程中，記錄測量水聽器數(shù)據(jù)，將記錄數(shù)據(jù)進行分段時間平均來估計水下目標(biāo)輻射噪聲級。
但是，單聲壓水聽器測量法忽略了測量環(huán)境的影響，特別是淺海環(huán)境中，水聲信道多途效應(yīng)尤為突出。另外水下目標(biāo)輻射噪聲級越來越低，測量海區(qū)海洋環(huán)境背景噪聲因航道大噸位航船的增多而變得越來越高，測量信噪比變低，導(dǎo)致所測量的水下目標(biāo)輻射噪聲存在較大的誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：為了克服傳統(tǒng)單聲壓水聽器測量法因水聲信道多途效應(yīng)和低信噪比而導(dǎo)致的水下目標(biāo)輻射噪聲源級的測量誤差，本發(fā)明提出一種利用垂直陣LCMV波束形成進行輻射噪聲測量的方法。該方法利用淺海波導(dǎo)環(huán)境下目標(biāo)直達波信號和多途信號具有不同垂直到達角的特點，通過多途到達角跟蹤、估計等方法獲得波束主瓣保形區(qū)域，在此基礎(chǔ)上采用線性約束最小方差波束形成法(Linearly Constrained MinimumVariance：LCMV)獲得直達波信號，并在多途方向形成波束凹槽抑制多途干擾，獲得優(yōu)于傳統(tǒng)單聲壓水聽器測量方法的水下目標(biāo)輻射噪聲測量結(jié)果。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種利用垂直陣LCMV波束形成的水下目標(biāo)輻射噪聲測量方法，包括以下子步驟：
步驟一：在測量場中，目標(biāo)在航行過程中的軌跡不變，深度不變；建立N(N＝[10,20]，整數(shù))元均勻垂直直線陣，其中垂直陣采用等間隔布陣；設(shè)測量場的水深為h，垂直陣的陣列長度為[2,h/2]，單位為米；垂直直線陣接收目標(biāo)輻射噪聲信號，得到時域數(shù)據(jù)采樣矩陣x，將時域采樣數(shù)據(jù)進行傅里葉變換后得到頻域輸出X，對X劃分出K個子帶X1，X2，X3...，Xk，...，XK，求得每個子帶內(nèi)的協(xié)方差矩陣Sk(k＝1,2,3…，K)，即:
其中，L代表子帶內(nèi)的快拍數(shù)，[·]H表示共軛轉(zhuǎn)置；
對該垂直直線陣進行子陣平滑預(yù)處理，劃分N-Q+1個子陣，每個子陣陣元數(shù)為Q，利用第k個子帶頻域協(xié)方差矩陣Sk計算子陣平滑后的協(xié)方差矩陣為：
作為后續(xù)LCMV波束形成器的輸入。
步驟二：對水下目標(biāo)的海面一次反射、海底一次反射到達角進行跟蹤估計，公式如下：
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