[發明專利]一種基于傅里葉積分法的水下目標輻射噪聲測量方法

有效

• 申請號: 201810868064.1
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108845307B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉雄厚;李曉彬;孫超;蔣國慶;張少東
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明涉及一種基于傅里葉積分法的水下目標輻射噪聲測量方法，利用陣元之間的互譜組合出更多不同相位的輸出，并將這些不同相位的輸出等效為具有不同坐標的虛擬陣元并組成大孔徑虛擬陣列，從而將垂直陣的孔徑拓展至大于原物理孔徑，獲得更高的自由度以抑制噪聲。在此基礎上，對孔徑擴展后的虛擬陣列進行空間平滑處理和自適應波束形成，獲得優于傳統單聲壓水聽器測量方法的水下目標輻射噪聲測量結果。本發明與傳統單聲壓水聽器測量法相比，本發明所提方法利用傅里葉積分法的互相關處理的噪聲抑制能力，又獲得了虛擬陣列的孔徑擴展效果，提高信噪比，可以獲得比已有方法更精準的測量結果。

技術領域

本發明屬于噪聲測量領域，特別涉及一種基于傅里葉積分法的水下目標輻射噪聲測量方法。

背景技術

水下目標輻射噪聲是影響水下目標隱蔽性的重要指標之一，對其精確測量是進行減振降噪以降低被發現概率的前提。因此需要研究高精度的水下目標輻射噪聲測量方法。

目前，對于水下目標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幾何中心等深度即可，水下目標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，記錄測量水聽器數據，將記錄數據進行分段時間平均來估計水下目標輻射噪聲級。

但是，隨著水下目標輻射噪聲級越來越低，測量海區海洋環境背景噪聲因航道大噸位航船的增多而變得越來越高，使得測量信噪比變低，導致所測量的水下目標輻射噪聲存在較大的誤差。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了克服傳統單聲壓水聽器測量法因低信噪比而導致的水下目標輻射噪聲源級測量誤差較大的問題，本發明提出一種基于傅里葉積分法 (FIM：Fourier integral method)的輻射噪聲測量方法。該方法利用陣元之間的互譜組合出更多不同相位的輸出，并將這些不同相位的輸出等效為具有不同坐標的虛擬陣元并組成大孔徑虛擬陣列，從而將垂直陣的孔徑拓展至大于原物理孔徑，獲得更高的自由度以抑制噪聲。在此基礎上，對孔徑擴展后的虛擬陣列進行空間平滑處理和自適應波束形成，獲得優于傳統單聲壓水聽器測量方法的水下目標輻射噪聲測量結果。

本發明的技術方案是：一種基于傅里葉積分法的水下目標輻射噪聲測量方法，包括以下步驟：

步驟一：設水下目標深度不變，目標與水面之間的距離為D₁，目標與水底之間的距離為D₂；建立N元垂直均勻直線陣ULA(ULA：uniform linear array)，且定義N元均勻垂直直線陣的幾何中心深度為D，水下目標和垂直陣幾何中心的水平距離為r，海深h 為(D₁+D₂)，從而得到輻射噪聲信號直達波與垂直陣幾何中心水平方向形成的夾角即垂直到達角θ_dw：

步驟二：利用垂直陣進行輻射噪聲的采集以及獲得孔徑拓展后的虛擬陣列，包括以下子步驟：

子步驟一：利用N元均勻垂直直線陣采集輻射噪聲信號，得到N×L維的時域數據采樣矩陣x，L為快拍數；任意兩個陣元上接收信號的相關輸出y_i，j(τ)可表示為：

y_i，j(τ)＝E[x_i^*(t)x_j(t+τ)] (2)

其中，x_i(t)為第i(i為N元接收陣列陣元編號，i＝1，2，...，N)個接收陣元上信號，x_j(t) 為第j(j為N元接收陣列陣元編號，j＝1，2，...，N)個接收陣元上信號，[]^*表示求共軛，E[] 表示求時間平均，t表示時間，τ表示時延；