[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

本發明涉及一種適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，其技術特點是：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；根據渦旋波的波束，構建旁瓣高的方位的點的集合S；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；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；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。本發明通過優化波束形成的加權矢量，使得第一次波束形成在第二次波束旁瓣高的方位形成凹陷，降低軌道角動量三維成像聲吶旁瓣級，從而達到抑制最終波束的旁瓣的目的。

技術領域

本發明屬于海洋聲學裝備技術領域，涉及一種旁瓣抑制方法,尤其是一種適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法。

背景技術

隨著海洋技術的發展，人們對渦旋聲波的研究也越來越重視。渦旋聲波具有螺旋形的波前相位，可以對空間信息進行調制，提高聲波的信息傳遞和獲取能力。因此采用軌道角動量渦旋聲波作為發射信號的相控陣三維成像聲吶，不僅可以提高成像精度，還能夠大大減少所需接收面陣的水聽器數量。但是，接收面陣的稀疏性質，會帶來接收面陣波束的旁瓣級的提高，例如，采用64個陣元的接收面陣的軌道角動量三維成像聲吶，旁瓣級只有-9.8dB。因此，如何有效地抑制軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣級是目前迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理且能有效降低軌道角動量三維成像聲吶旁瓣級的適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種適用于軌道角動量三維成像聲吶的旁瓣抑制方法，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。

而且，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。

而且，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)}