[發(fā)明專利]一種水聽器陣列數(shù)據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)分離方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210444944.2
• 申請(qǐng)日: 2022-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN114636971B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱兆林;任浩然;陶柳蓉;程明鑫;江金生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海南浙江大學(xué)研究院;浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/15
• 分類號(hào): G06F17/15
• 代理公司: 杭州寒武紀(jì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33271
• 代理人: 潘理華

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種水聽器陣列數(shù)據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)分離方法及裝置，屬于海洋水聲探測(cè)領(lǐng)域。該方法包括獲取水聽器陣列數(shù)據(jù)；對(duì)所述水聽器陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到空間頻率域數(shù)據(jù)；對(duì)所述空間頻率域數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜疊加，得到頻率域平面波數(shù)據(jù)；對(duì)所述頻率域平面波數(shù)據(jù)進(jìn)行反傅里葉變換，得到線性振幅增強(qiáng)的平面波域陣列數(shù)據(jù)；根據(jù)所述平面波域陣列數(shù)據(jù)，生成目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)數(shù)據(jù)。本申請(qǐng)能夠從根本上解決兩種相干信號(hào)分離問題，以得到干凈的遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)，提高遠(yuǎn)場(chǎng)目標(biāo)方向檢測(cè)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及海洋水聲探測(cè)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種水聽器陣列數(shù)據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)分離方法及裝置。

背景技術(shù)

聲波相比電磁波是海洋中更可靠的遠(yuǎn)距離信息傳輸工具，在海洋軍事、海洋資源以及海洋工程和科學(xué)方面有重要的應(yīng)用價(jià)值，因而形成了水聲學(xué)這一門重要的聲學(xué)分支科學(xué)。水聲探測(cè)和水聲通信是水聲學(xué)兩類重要的內(nèi)容，通過研究復(fù)雜海洋環(huán)境下的聲傳播特性，解決這兩類內(nèi)容涉及的各類科學(xué)和應(yīng)用問題，是水聲領(lǐng)域研究課題的關(guān)鍵。

水聽器陣列是檢測(cè)水下聲場(chǎng)壓力的重要系統(tǒng)。其中，固定式岸基被動(dòng)聲學(xué)傳感器陣列主要面向遠(yuǎn)距離水下目標(biāo)監(jiān)視和地下深層巖石特性探測(cè)的需要，基陣孔徑可能達(dá)到公里級(jí)，探測(cè)頻率甚至可以低于10 Hz以下，可以全天候適時(shí)觀測(cè)特定海域。最著名的固定式岸基聲學(xué)傳感器陣列是美國(guó)的岸基聲納監(jiān)視系統(tǒng)（SOSUS），垂直陣列或者水平陣列部署在大陸架邊緣，沿深海聲通道來(lái)監(jiān)測(cè)敵方潛艇；美國(guó)海洋聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室（ALMA）是面向淺海（200m)的聲學(xué)傳感器陣列系統(tǒng),面向時(shí)間海洋環(huán)境數(shù)據(jù)開發(fā)水聲模型和信號(hào)處理算法；近年來(lái)，基于海底觀察網(wǎng)的軍事或者科學(xué)觀測(cè)水聽器陣列被部署和研究。

固定式岸基被動(dòng)聲學(xué)傳感器陣列主要面向遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)，陣列數(shù)據(jù)中通常包括近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩種聲場(chǎng)數(shù)據(jù)的混合信息，傳統(tǒng)的目標(biāo)到達(dá)方向（DOA）檢測(cè)方法，如MUSIC，ESPRIT等方法的數(shù)學(xué)模型主要假設(shè)聲波是平面波傳播，但近場(chǎng)不滿足平面波假設(shè)，因而近場(chǎng)目標(biāo)檢測(cè)需要不同的方法。為了滿足不同檢測(cè)方法的需要，遠(yuǎn)近聲場(chǎng)信號(hào)實(shí)施分離才能為DOA方向檢測(cè)和目標(biāo)識(shí)別提供符合數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；旌下晥?chǎng)主要特征表現(xiàn)為遠(yuǎn)場(chǎng)是微弱信號(hào)，近場(chǎng)和環(huán)境噪音能級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)場(chǎng)；在陣列時(shí)空數(shù)據(jù)中，遠(yuǎn)場(chǎng)在記錄中具有線性特征，而近場(chǎng)在時(shí)空域中則顯現(xiàn)為非線性，一般為雙曲特征，從而無(wú)法準(zhǔn)確分離陣列數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)信號(hào)。

因此，如何解決上述問題是目前亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N水聽器陣列數(shù)據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)分離方法及裝置，旨在改善上述問題。

第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N水聽器陣列數(shù)據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)分離方法，所述方法包括：

獲取水聽器陣列數(shù)據(jù)；

對(duì)所述水聽器陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到空間頻率域數(shù)據(jù)；

對(duì)所述空間頻率域數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜疊加，得到頻率域平面波數(shù)據(jù)；

對(duì)所述頻率域平面波數(shù)據(jù)進(jìn)行反傅里葉變換，得到線性振幅增強(qiáng)的平面波域陣列數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述平面波域陣列數(shù)據(jù)，生成目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)數(shù)據(jù)。

在一可能的實(shí)施例中，所述對(duì)所述水聽器陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到空間頻率域數(shù)據(jù)，包括：

獲取預(yù)設(shè)相對(duì)振幅；

根據(jù)所述相對(duì)振幅對(duì)所述水聽器陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)切除得到新的陣列數(shù)據(jù)；

通過時(shí)間方向的傅里葉變換把所述新的陣列數(shù)據(jù)變換到空間頻率域，得到空間頻率域數(shù)據(jù)。

在一可能的實(shí)施例中，所述對(duì)所述空間頻率域數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜疊加，得到頻率域平面波數(shù)據(jù)，包括：

基于誤差函數(shù)對(duì)所述空間頻率域數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜疊加，得到頻率域平面波數(shù)據(jù)。

在一可能的實(shí)施例中，所述誤差函數(shù)滿足：