[發明專利]一種適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法

在審

• 申請號: 202010944466.2
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112083430A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李勝全;張翼;張海
• 申請（專利權）人: 天津水聿方舟海洋工程技術有限公司
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/539
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

1.一種適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：對不同階的軌道角動量渦旋聲波的回波信號進行加權求和，獲得渦旋波的波束；

步驟2：根據渦旋波的波束，構建旁瓣高的方位的點的集合S；

步驟3：采用凹槽噪聲算法、優化最低旁瓣法或旁瓣約束高增益優化法，對旁瓣高的方位的點的集合S進行處理，獲得優化后的加權矢量；

步驟4：使用優化后的加權矢量對接收水聽器接收的信號進行第一次波束形成；

步驟5：對步驟4得到的數據上進行加權求和獲得第二次波束形成，遍歷不同的空間方位后得到最終波束圖。

2.根據權利要求1所述的適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步驟1的具體實現方法為：在正方形的接收面陣上隨機布放若干個接收水聽器，以正方形的接收面陣的中心為圓心，布放一個半徑為a的發射圓環陣，在發射圓環陣上均勻布放N個發射換能器，以正X軸上的發射換能器為第一個發射基元，對發射換能器進行標號：1,2，…,N；第n個發射換能器發射的信號為：

其中，φ_n＝2πnl/N代表發射調相，l為發射渦旋波的階數，ω為發射的頻率；

利用發射圓環陣列依次發射不同階數l的渦旋聲波，對不同階l的渦旋聲波的回波信號進行加權求和，得到渦旋波的波束：

其中，(φ₀,θ₀)為波束對準的方向，S₁(φ,θ,1)為方位(φ,θ)處存在一個點目標且發射第l階渦旋波時原點處的接收信號，為復數，J_l為l階貝塞爾函數，c為聲速，k＝ω/c為波數。

3.根據權利要求1所述的適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步驟2的具體實現方法為：設置一個閾值∈，對渦旋波的波束歸一化幅值超過該閾值的集合，對該集合離散化得到旁瓣高的方位的點的集合S：

S＝{(φ₁,θ₁),···,(φ_J,θ_J)}

這里(φ_i，θ_i)為旁瓣高于閾值∈的方位的俯仰角和方位角坐標。

4.根據權利要求1所述的適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步驟3的凹槽噪聲算法為：在集合S的方位放置虛擬信號干擾源，得到基陣數據的協方差矩陣為：

其中，為第j個干擾源的響應向量，是對應的干擾功率，代表沒有干擾源存在時候的基元的協方差矩陣；

則優化后的加權矢量為：

其中，為對準方向(φ₀,θ₀)的響應向量。

5.根據權利要求1所述的適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步驟4的第一次波束形成的結果為：

其中為空間方位(φ,θ)處存在一個點目標且發射第l階渦旋波時，接收水聽器陣的接收信號，為步驟3所獲得的優化后的加權矢量。

6.根據權利要求1所述的適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，其特征在于：所述步驟5中第二次波束形成的結果為：

其中，(φ₀,θ₀)為波束對準的方向，S₁(φ,θ,1)為方位(φ,θ)處存在一個點目標且發射第l階渦旋波時原點處的接收信號，為復數，J_l為l階貝塞爾函數，c為聲速，k＝ω/c為波數。