[發(fā)明專利]一種基于垂直線列陣的深海盲解卷積方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110905337.7
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113704685A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 李輝;徐哲臻;楊坤德;李沛霖
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G06F17/15
• 分類號: G06F17/15;G06F17/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于垂直線列陣的深海盲解卷積方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：在深海海底布放一套垂直線列陣接收海面聲源發(fā)出的寬帶信號；所述的垂直線列陣由M個陣元組成，陣元間隔為d，陣列采樣頻率為f_s，第j個陣元接收的時域信號為x_j(k)，k為采樣時間點；

步驟2：對垂線陣接收信號進行頻域寬帶波束形成，具體流程如下：首先對陣元接收信號進行快速傅立葉變換，得到頻域接收信號，記第j個陣元的頻域接收信號為X_j(f)；其次，在指定頻帶[B₁,B₂]Hz內，對每個頻點上的接收信號進行波束形成，頻點f_n處指向角度θ的波束形成器權值為

其中上標“T”表示轉置運算，c為波束形成參考聲速，i為虛數(shù)單位；頻點f_n處指向角度θ的波束形成器輸出為

其中上標“H”表示共軛轉置運算，“×”表示向量相乘，n＝1,2,…,N，N為波束形成頻點數(shù)；

在指定頻帶[B₁,B₂]Hz內，將所有頻點的波束形成器輸出非相干疊加，得到寬帶波束形成方位譜

步驟3：記波束形成方位譜B(θ)的最大值對應的角度為θ_max，取θ_max方向對應的所有頻點的波束形成器輸出組成向量

Y(θ_max)＝[Y(θ_max,f₁),Y(θ_max,f₂),…Y(θ_max,f_N)]^T (4)

步驟4：對步驟3中波束形成器輸出向量Y(θ_max)進行快速逆傅里葉變換，得到波束形成器輸出的時域信號

y(k,θ_max)＝2real{IFFT{Y_a(θ_max)}} (5)

其中real{·}表示取實部運算，IFFT{·}表示快速逆傅立葉變換，Y_a(θ_max)表示補零后的頻域波束形成器輸出向量；

步驟5：對y(k,θ_max)進行自相關，得到自相關函數(shù)

其中L為接收機開機時長，對R(σ,θ_max)進行峰值搜索，得到直達路徑和海面反射路徑之間的時延差σ_D/SR

其中max{·}表示取最大值；

步驟6：使用θ_max方向的波束形成器輸出和直達-海面反射路徑的時延差σ_D/SR構造相位補償因子，頻點f_n處的相位補償因子為

其中arg(·)表示取相位運算；

步驟7：使用步驟6中的相位補償因子對陣元接收信號進行相位補償，得到信道沖激響應的估計結果；第j個陣元頻點f_n的頻域信道沖激響應估計結果為

步驟8：對步驟7所得到的頻域信道沖激響應進行快速逆傅里葉變換，得到時域信道沖激響應結果；將第j個陣元對應的所有頻點處的頻域沖激響應結果組成向量

G_j＝[G_j(f₁),G_j(f₂),…G_j(f_N)]^T (10)

對G_j進行補零操作，將處理頻帶外的分量置零；對補零后的頻域沖激響應G_aj進行快速逆傅立葉變換即可得到第j個陣元處的時域信道沖激響應

g_j(k)＝2real{IFFT{G_aj}} (11)

步驟9：對于垂線陣的所有陣元執(zhí)行步驟7和步驟8，即可得到垂直線列陣與聲源之間信道沖激響應的估計值。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于垂直線列陣的深海盲解卷積方法，其特征在于所述的聲源位于海面以下200m，聲源信號帶寬不小于300Hz。