[發明專利]一種新型稀疏圓臺陣列淺水域組合搜索方法

有效

• 申請號: 201810757444.8
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109061612B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 生雪莉;楊超然;朱廣平;郭龍祥;殷敬偉;李鵬飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種新型稀疏圓臺陣列淺水域組合搜索方法，涉及聲納基陣技術領域。本發明首先建立基于圓臺陣的全局空間直角坐標系,引入俯仰角θ、方位角設置各陣元在全局坐標系中的位置分布參數，布放圓環陣列；對各層圓環陣進行稀疏化處理，構建新型稀疏化多層圓臺陣；計算各陣元相對于參考點O的接收信號相位差，對新型圓臺陣各陣元進行相控補償、波束形成；利用新型圓臺陣各層圓環陣列和母線陣列在垂直方向融合組合搜索；改變新型圓臺陣層數、高度、母線斜率等參數，得到優化的搜索區域范圍和搜索目標結果。本發明使淺海坐底立體圓臺聲基陣具有更好的頂端搜索范圍、節約布陣成本以及抗海底來向干擾等優勢，具有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及聲納基陣技術領域，具體涉及一種新型稀疏圓臺陣列淺水域組合搜索方法。

背景技術

隨著海洋權益與安全形式越來越嚴峻，河道港口水下預警的需求越來越大，傳統平面陣列監測平臺越來越不能滿足實際需求，一種新型稀疏圓臺陣列淺水域組合搜索方法應運而生。

對于傳統的圓環陣列頂端半空間的搜索范圍是十分有限的，同時還具有波束旁瓣級高等缺陷，對于如何改善傳統圓環陣頂端空間搜索范圍引起了科研工作者廣泛關注。近年來，傳統平面陣的研究逐漸轉向體積陣的研究，何明提出《圓臺陣天線方向性能分析》中提到各陣元對稱式分布和各陣元螺旋式分布兩種圓臺陣布陣方式，但兩種傳統圓臺體積陣陣元分布方式都面臨陣元間距隨半徑減小不滿足空間采樣定理的缺陷。還有一些水下平臺的使用方式為坐沉海底或懸于水中，在淺海條件下，水下平臺對海底的搜索需求很少并會受到海底來向信號干擾，影響水下平臺的頂端半空間搜索性能。綜上所述，目前傳統圓環陣有垂直方向搜索范圍較小的缺陷；傳統體積陣各層陣元冗余，布陣復雜，能耗較高；淺海坐底平臺易受來自海底來向信號干擾。

發明內容

本發明目的在于克服：目前傳統圓環陣垂直方向搜索范圍較小的缺陷；傳統體積陣各層陣元冗余，布陣復雜，能耗較高；淺海坐底平臺易受來自海底來向信號干擾等問題。本發明提出了一種布陣簡單、可以有效擴大頂端半空間搜索范圍和有效抑制海底來向信號干擾的一種新型稀疏圓臺陣列淺水域組合搜索方法。

一種新型稀疏圓臺陣列淺水域組合搜索方法，包括以下步驟：

步驟1：建立全局空間直角坐標系O-XYZ，布放新型稀疏化多層圓臺陣，獲取圓臺陣各陣元在全局空間直角坐標系中的位置分布，接收來自搜索目標的信號；

所述新型稀疏化多層圓臺陣是由M層不同半徑的圓環陣堆疊構成的立體陣，從下往上圓環陣的半徑依次減小，最下層圓環陣的陣元間距為接收信號的半波長λ/2；所述新型稀疏化多層圓臺陣的層間距為接收信號的半波長λ/2，各層高度依次為h₁,h₂,h₃…h_M，各層陣元個數N_m為r_m表示第m層圓環陣的半徑，m＝1,2,…,M；

布放新型稀疏化多層圓臺陣時，將最底層圓陣的圓心布置于全局空間直角坐標系O-XYZ的原點O處，使Z軸指向圓臺陣正上方；所述各陣元在全局空間直角坐標系中的位置分布是指各陣元在全局空間直角坐標系下的柱坐標；第m層中第n個陣元的柱坐標表示為

步驟2：獲取新型稀疏化多層圓臺陣中各陣元相對于參考點O的接收信號相位差，對新型稀疏化多層圓臺陣各陣元進行相控補償、波束形成，得到新型圓臺陣各層圓環陣列和側面母線陣列空間濾波結果；

當m＝1表示底面圓環，底面圓環上陣元n相對于參考點O的相位差為：

當m＝2,3…M時，各圓環上陣元n相對于參考點O相位差為：

所以，所有m個半徑不同的圓形陣列上所有陣元形成的總的陣列方向圖函數為：