一種被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法及系統(tǒng)，所述的方法包含：步驟101)構(gòu)造在拖線陣移動下對目標(biāo)信號的運動多普勒接收模型；步驟102)依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收的目標(biāo)信號做互相關(guān)平均，然后對不同時間段各陣元接收的目標(biāo)信號進行頻域波束形成處理；步驟103)對頻域波束形成后的輸出分頻帶進行能量積分得到各時間段波束輸出；步驟104)按多普勒接收模型對時間延遲及空間位置移動進行相位估計，依據(jù)位估計獲取相位修正因子；步驟105)將分時間段各次相位修正因子用于補償所述波束輸出，對補償后的波束輸出相干組合累加并采用時間方位歷程圖實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測。
【專利說明】一種被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲被動聲納信號檢測方法和拖線陣被動合成孔徑聲納(PassiveSynthetic Aperture Sonar, PSAS)技術(shù)用于目標(biāo)信號檢測和分辨的算法,尤其涉及一種運動非重疊孔徑拖線陣被動合成孔徑信號檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，被動聲納系統(tǒng)對低噪聲目標(biāo)的檢測變得越來越重要，且越來越困難，其檢測能力隨著安靜型目標(biāo)的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展而受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)?？v觀聲納發(fā)展史，高分辨和高增益一直是聲納領(lǐng)域追求的目標(biāo)，為提高聲納探測距離，其工作頻段越來越低，而低頻條件下提高方位分辨力意味著更長的水聽器陣列，但由于拖曳過程中的穩(wěn)定性和機動性的限制，把基陣長度增加到太大的量級是不現(xiàn)實的，被動合成孔徑算法是解決此問題的一種重要手段，其通過拖曳線列陣運動合成得到比實際孔徑大得多的合成孔徑陣列，依靠短陣的機動突破陣列孔徑的限制，獲得更高的增益和更高的方位分辨力。依據(jù)水下艦船等目標(biāo)特性分析得知螺旋槳的槳葉切割海水產(chǎn)生單頻信號分量等線譜成分為合成一個比物理孔徑大得多的有效孔徑提供了可能，被動合成孔徑聲納技術(shù)實現(xiàn)方法為在陣列相繼兩次運動時，對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關(guān)平均，作為后此未重疊水聽器接收信號的相位修正因子，將此相位修正因子用于運動陣相繼位置上的波束輸出的相干組合可得到擴展的拖線陣等效長度。由于實際水下復(fù)雜環(huán)境下介質(zhì)和路徑擾動引起的陣列移動偏差，常規(guī)被動合成孔徑聲納算法相位修正補償在間隔時間固定的兩個連續(xù)位置上，陣元孔徑前后不完全重合，使得相位估計因子出現(xiàn)誤差甚至錯誤，即PSAS算法如擴展拖線尺寸算法進行陣列擴展中存在有重疊陣元位置約束問題，導(dǎo)致不能有效檢測和分辨水下目標(biāo)信號。重疊陣元(孔徑)被動合成孔徑聲納算法一般用于理想情況下目標(biāo)信號的檢測和分辨，考慮水聲信道等復(fù)雜因素影響，實際應(yīng)用中拖線陣維持恒定速度以保證連續(xù)測量時重疊水聽器的空間位置相同難以滿足，不具有可行性、通用性及實用性，使被動合成孔徑聲納常規(guī)信號檢測和分辨方法不能在工程合理得到應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，被動聲納拖曳線列陣應(yīng)用較短的基陣獲得幾倍到幾十倍的實際物理孔徑陣的增益和分辨力，實現(xiàn)對水下弱目標(biāo)信號的有效檢測，并使得被動合成孔徑技術(shù)有效應(yīng)用到工程實際中，即本發(fā)明提供了一種被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法及系統(tǒng)。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，該方法應(yīng)用被動合成孔徑技術(shù)實現(xiàn)對水下弱目標(biāo)信號進行有效檢測，所述的方法包含:
[0005]步驟101)構(gòu)造在拖線陣移動下對目標(biāo)信號的運動多普勒接收模型；
[0006]步驟102)依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收的目標(biāo)信號做互相關(guān)平均，即將接收的目標(biāo)信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號，然后對不同時間段各陣元接收的目標(biāo)信號進行頻域波束形成處理；
[0007]步驟103)對頻域波束形成后的輸出分頻帶進行能量積分得到各時間段波束輸出；
[0008]步驟104)按拖線陣移動下構(gòu)建的多普勒接收模型，分別對時間延遲及空間位置移動進行相位估計，并依據(jù)得到的相位估計獲取相位修正因子；
[0009]步驟105)將分時間段各次相位修正因子用于補償步驟103)的波束輸出，對補償后的波束輸出相干組合累加進而獲得時間方位歷程圖，讀出目標(biāo)所在方位，將其方位記錄進行處理及判別，實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述重疊部分的水聽器的具體重疊數(shù)目為拖線陣陣元總個數(shù)的一半。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述相位修正因子為時間延遲估計和空間位置移動相位估計的和。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述步驟102)進一步包含如下子步驟:
[0013]步驟102-1)依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關(guān)平均，即將接收信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號；
[0014]其中，該步驟還包含采用線譜檢測策略檢測接收的目標(biāo)信號中的有用的信號；
[0015]步驟102-2)然后對不同時間段各陣元接收信號進行頻域波束形成處理。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述步驟105)進一步包含如下子步驟:
[0017]步驟105-1)依據(jù)步驟104)得到的“相位估計獲取相位修正因子”及步驟103)中“各時間段波束輸出”，分時間段處理，將各時間段的相位修正因子與對應(yīng)時間段波束輸出進行相乘等處理，即完成對“分時間段各次相位修正因子用于補償步驟103)的波束輸出”；
[0018]步驟105-2)將上述各時間段的信號進行疊加，即對補償后的波束輸出進行相干組合累加進而獲得時間方位歷程圖；
[0019]步驟105-3)再對時間方位歷程圖波束輸出進行檢測，得到目標(biāo)波束對應(yīng)方位，具體為:將不同頻帶內(nèi)目標(biāo)波束對應(yīng)的檢測方位進行記錄，將各頻帶內(nèi)存儲的方位進行二次擬合，根據(jù)計算結(jié)果計算方位估計方差，將計算的方位估計方差與設(shè)定的檢測方差門限進行比較，若小于門限，則檢測到的水聲目標(biāo)信號結(jié)果屬實，接收到水下目標(biāo)信號確實含有水聲目標(biāo)信號，否則檢測結(jié)果為虛警，接收到的信號中不含目標(biāo)信號，綜完成目標(biāo)信號的檢測和定位。
[0020]基于上述方法本發(fā)明提供了一種被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用被動合成孔徑技術(shù)實現(xiàn)對水下弱目標(biāo)信號進行有效檢測，所述的系統(tǒng)包含:
[0021]接受模型建立模塊，用于構(gòu)造在拖線陣移動下對目標(biāo)信號的運動多普勒接收模型；
[0022]第一處理模塊，用于依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關(guān)平均，即將接收信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號，然后對不同時間段各陣元接收信號進行頻域波束形成處理；[0023]第二處理模塊，用于對頻域波束形成后的輸出分頻帶進行能量積分得到各時間段波束輸出；
[0024]時空相位修正因子獲取模塊，用于按拖線陣移動下構(gòu)建的多普勒接收模型，分別對時間延遲及空間位置移動進行相位估計，并依據(jù)得到的相位估計獲取相位修正因子；和
[0025]運動相位誤差補償及檢測結(jié)果輸出模塊，用于將分時間段各次相位修正因子用于補償所述的波束輸出，對補償后的波束輸出進行相干組合累加進而獲得時間方位歷程圖，再由其時間方位歷程圖得到目標(biāo)波束對應(yīng)方位，完成目標(biāo)信號的檢測和定位。
[0026]上述技術(shù)方案中，所述重疊部分的水聽器的具體重疊數(shù)目為拖線陣陣元總個數(shù)的一半。
[0027]上述技術(shù)方案中，所述相位修正因子為時間延遲估計和空間位置移動相位估計的和。
[0028]上述技術(shù)方案中，所述第一處理模塊進一步包含如下子模塊:
[0029]分時間段處理子模塊，用于依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關(guān)平均，即將接收信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號；和
[0030]頻域波束形成子模塊，用于對不同時間段各陣元接收信號進行頻域波束形成處理。
[0031]上述技術(shù)方案中，所述運動相位誤差補償及檢測結(jié)果輸出模塊進一步包含如下子模塊:
[0032]運動相位誤差補償子模塊，用于將分時間段各次相位修正因子補償波束輸出；
[0033]相干組合處理子模塊，用于對補償后的波束輸出進行相干組合累加；和
[0034]檢測結(jié)果輸出子模塊，用于由時間方位歷程圖得到目標(biāo)波束對應(yīng)方位，完成目標(biāo)信號的檢測和定位。
[0035]其中，上述技術(shù)方案中時間方位歷程圖觀測是水聲信號檢測中常用方法，無需贅述，簡要描述如下:時間方位歷程圖通過對連續(xù)的采樣數(shù)據(jù)進行短時傅里葉變換而構(gòu)成，將原始信號的米樣序列進行分巾貞處理(如分為100巾貞,每巾貞2000個點),巾貞間相互重疊50%,分別對各幀信號進行波束形成處理，得到各幀對應(yīng)目標(biāo)方位，將各幀的時間聯(lián)合即得到時間方位歷程圖?？傊?，采用一張時間方位歷程圖可以讀出目標(biāo)所在方位，將其方位記錄進行后續(xù)擬合處理及門限判別，可以實現(xiàn)對目標(biāo)的有效檢測。
[0036]綜上所述，本發(fā)明提供了一種提出一種基于運動非重疊孔徑拖線陣被動合成孔徑目標(biāo)信號的檢測和分辨方法，該方法避免由于復(fù)雜水聲環(huán)境影響而使拖曳線陣列難以維持恒定速度，繼而不能保證連續(xù)測量時重疊水聽器的空間位置相同，提出的非重疊孔徑PSAS算法在相鄰時間間隔兩次移動前后陣元不用完全重合，分別利用時延及空間位置移動等相位修正因子能夠精確補償運動相位誤差。所述的方案包括對水下艦船等目標(biāo)輻射噪聲的特性分析及拖線陣移動下運動多普勒接收信號模型的構(gòu)建，考慮目標(biāo)信號可利用線譜檢測技術(shù)檢測到有用信號，所述方法可利用頻域波束形成予以處理，通常針對寬頻帶信號進行分析，提取該頻率范圍內(nèi)信號，繼而得到波束輸出，同時由于陣列運動接收時目標(biāo)頻率會發(fā)生多普勒頻移，具體考慮線列陣接收信號時多普勒頻域帶來的誤差，所述運動非重疊孔徑拖線陣被動合成孔徑信號檢測方法可以直接用于相位延時補償，不用考慮陣元相互完全重疊。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提出的一種基于運動非重疊孔徑拖線陣被動合成孔徑目標(biāo)信號的檢測和分辨方法具有以下優(yōu)點:
[0038]一方面，該方法無需知道信號源的方位角、確切頻率和準(zhǔn)確的拖曳陣速度，通過相位估計補償修正即能合成水聽器的接收數(shù)據(jù)，無需確保陣元位置必須完全重合，通過時間延遲及空間位置移動可獲得相位修正補償因子，被動合成孔徑算法應(yīng)用于信號檢測不受孔徑位置的約束限制，在波束域代替其在陣元域上進行相位修正，直接用于相位修正補償；
[0039]另一方面，結(jié)合對水下艦船等目標(biāo)輻射噪聲特性的分析及拖線陣移動下運動多普勒接收信號模型的構(gòu)建，其中分析艦船噪聲特性不僅為水下螺旋槳切割形成線譜信號的被動合成孔徑技術(shù)奠定基礎(chǔ)，而且為后續(xù)信號檢測對拖船噪聲抵消等技術(shù)提供理論參考；陣列移動的多普勒接收信號模型構(gòu)建對信號形成、陣元移動接收等作清晰認(rèn)識，更加明確被動合成孔徑的合成陣列接收信號形成及相位修正補償方法；
[0040]其次，在所述方案中含線列陣接收信號時多普勒頻域帶來的誤差，綜合考慮其時間延遲、空間位置移動、多普勒頻移等影響因子帶來的相位不一致，由于時間延遲及空間位置移動只要保證相鄰時間間隔移動前后兩次陣列有超過陣列長度一半的孔徑長度重合即可對其做修正補償，不必細化考慮陣列移動重合位置，更不必要求陣列孔徑完全重合，避免由于陣元位置移動偏差孔徑未完全重合而導(dǎo)致的檢測信號目標(biāo)方位不精確，拖線陣移動中接收信號分時間段處理，對不同時間段拖線陣基陣各陣元接收信號進行頻域波束形成處理，并對頻域波束形成后的輸出分頻帶進行能量積分即可得到波束輸出；
[0041]最后，由于孔徑非重疊運動拖線陣被動合成孔徑信號檢測方法可以直接用于相位延時補償，不用考慮陣元相互完全重疊，應(yīng)用較短的基陣獲得幾倍到幾十倍的實際物理孔徑陣的增益和分辨力，對水下弱目標(biāo)信號的檢測能力優(yōu)異，速度較快，其具有一定的工程實用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是本發(fā)明利用水平線列陣對水下目標(biāo)的輻射噪聲進行噪聲檢測的簡圖；
[0043]圖2是本發(fā)明的基于運動拖線陣陣元移動重疊(孔徑未完全重疊)被動合成孔徑原理圖；
[0044]圖3是運動非重疊孔徑拖線陣被動合成孔徑信號檢測及分辨方法流程圖【具體實施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖和具體實施例，詳細闡述此方法在孔徑未完全重疊時相位修正補償?shù)墓ぷ髁鞒獭?br> [0046]本發(fā)明提出一種基于運動非重疊孔徑拖線陣被動合成孔徑目標(biāo)信號的檢測和分辨方法，避免由于復(fù)雜水聲環(huán)境影響而使拖曳線陣列難以維持恒定速度，繼而不能保證連續(xù)測量時重疊水聽器的空間位置相同，即提出的非重疊孔徑PSAS算法不必要求相鄰時間間隔兩次移動前后陣元完全重合，分別利用時間延遲及空間位置移動等時空聯(lián)合相位修正能夠精確補償運動相位誤差。本發(fā)明提供一種被動合成孔徑算法可以直接用于相位延時補償，不用考慮陣元相互完全重疊，對水下弱目標(biāo)信號的檢測能力優(yōu)異，速度較快，其具有一定的工程實用性。
[0047]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種運動非重疊孔徑拖線陣被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，其特征在于綜合考慮實際水聲復(fù)雜水聲環(huán)境中拖線陣運動不規(guī)則導(dǎo)致陣元孔徑不完全重疊的情況下，能夠?qū)λ氯跄繕?biāo)信號進行有效檢測，所述方法包含如下步驟:
[0048]步驟(1)以水下艦船等目標(biāo)輻射噪聲特性分析為基礎(chǔ)構(gòu)造信號在拖線陣移動下運動多普勒接收模型；
[0049]步驟(2)在構(gòu)建信號接收模型的基礎(chǔ)上，考慮將拖線陣移動中實際接收信號進行分時間段處理，對不同時間段拖線陣基陣各陣元接收信號進行頻域波束形成處理；
[0050]步驟(3)對步驟(2)頻域波束形成后的輸出分頻帶進行能量積分得到波束輸出；
[0051]步驟⑷分別對步驟⑵和步驟(3)中由于分時間段處理引起的時間延遲及由于空間位置移動進行相位估計；
[0052]步驟(5)將步驟(4)中分時間段的各次相位修正因子用于步驟(3)波束輸出補償，相干組合輸出得到目標(biāo)波束對應(yīng)方位，實現(xiàn)對目標(biāo)信號的有效檢測。
[0053]上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)和步驟(3)還考慮線列陣接收信號時多普勒頻域帶來的誤差，綜合考慮時間延遲、空間位置移動、多普勒頻移等影響因子帶來的相位不一致，由于時間延遲及空間位置移動只要保證相鄰時間間隔移動前后兩次陣列有超過陣列長度一半的孔徑長度重合即可對其做修正補償，不必細化考慮陣列移動重合位置，更不必要求陣列孔徑完全重合，避免由于陣元位置移動偏差孔徑未完全重合而導(dǎo)致的檢測信號目標(biāo)方位不精確。
[0054]上述技術(shù)方案中，所述步驟(1)進一步包含對水下艦船噪聲的分析及拖線陣移動下運動多普勒接收信號模型的構(gòu)建:其中分析艦船噪聲特性不僅為水下螺旋槳切割形成線譜信號的被動合成孔徑技術(shù)奠定基礎(chǔ)，而且為后續(xù)信號檢測對拖船噪聲抵消等技術(shù)提供理論參考；陣列移動的多普勒接收信號模型構(gòu)建對信號形成、陣元移動接收等作清晰認(rèn)識，為被動合成孔徑的合成陣列接收信號分析及相位補償指明思路。
[0055]船體的機械噪聲、螺旋槳噪聲以及水動力噪聲是艦船船噪聲的三種主要來源，其中機械噪聲和螺旋槳噪聲是艦船噪聲的主要聲源。機械噪聲是航行或行業(yè)艦船上的各種機械振動，通過船體向水中輻射而形成的噪聲，由于各種機械運動形式的不同，其產(chǎn)生的水下輻射噪聲性質(zhì)也就不同，此噪聲可以看成是強線譜和弱連續(xù)譜的迭加；螺旋槳噪聲是由旋轉(zhuǎn)著的螺旋槳所輻射的噪聲，包括螺旋槳空化噪聲和螺旋槳葉片振動所產(chǎn)生的噪聲，往往是艦船輻射噪聲高頻段的主要部分；水動力噪聲由不規(guī)則的、起伏的海流流過運動船只表面而形成，是水流動力作用于艦船的結(jié)果，在強度方面一般被機械噪聲和螺旋槳噪聲所掩
至Jhl o
[0056]水下艦輻射噪聲譜特性與頻率、航速、深度有關(guān)，低航速時譜的低頻端主要為機械噪聲和螺旋槳葉片速率 譜線，隨著頻率增高，該譜線不規(guī)則地降低；航速較高時螺旋槳空化噪聲的連續(xù)譜更為重要，掩蓋了很多線譜。艦船輻射噪聲信號的總的功率譜可以寫成寬帶連續(xù)譜與線譜的和:
[0057]G (t, f) =Gs (f) +Gl (f) +2m (t) m (f) Gs (f)
[0058]式中Gs(f)表示平穩(wěn)連續(xù)功率譜，Gl(f)表示線譜部分,〗!!^!:)!]!^#^;^表示非平穩(wěn)時變譜，m(t)和m(f)分別為調(diào)制函數(shù)和調(diào)制深度譜。對于艦船輻射噪聲而言，給定的航速和深度下，譜的主要成分與臨界頻率有關(guān)，通常的艦船臨界頻率約在100-?000Ηζ之間，低于此頻率時,譜的主要成分時船的機械和螺旋槳的線譜,高于此頻率時,譜的主要成分則是螺旋槳空化的連續(xù)噪聲譜。依據(jù)研究表明，艦船輻射噪聲的頻域特性是寬帶連續(xù)譜與窄帶線譜的迭加，窄帶譜線主要集中在IkHz以下，而寬帶連續(xù)譜則覆蓋了多個倍頻程。
[0059]實際測量中由于目標(biāo)信號與接收陣列水聽器相互運動，存在多普勒信號接收問題。圖1(見【專利附圖】

【附圖說明】)為利用水平線列陣對水下目標(biāo)的輻射噪聲進行噪聲檢測的簡圖，艦船或被測目標(biāo)經(jīng)過水平線列陣時，對噪聲信號進行采樣，完成對噪聲源的檢測。對于N個基元組成的線列陣，由于拖曳速度的存在相互運動，使接收到的信號與輻射聲源存在頻率不一致情況，且相對聲源運動接收頻率變高，背離聲源運動接收頻率變低。
[0060]對于輻射噪聲信號s (t)復(fù)包絡(luò)可以表示為
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，該方法應(yīng)用被動合成孔徑技術(shù)實現(xiàn)對水下弱目標(biāo)信號進行有效檢測，所述的方法包含: 步驟101)構(gòu)造在拖線陣移動下對目標(biāo)信號的運動多普勒接收模型； 步驟102)依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收的目標(biāo)信號做互相關(guān)平均，即將接收的目標(biāo)信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號，然后對不同時間段各陣元接收的目標(biāo)信號進行頻域波束形成處理； 步驟103)對頻域波束形成后的輸出分頻帶進行能量積分得到各時間段波束輸出；步驟104)按拖線陣移動下構(gòu)建的多普勒接收模型，分別對時間延遲及空間位置移動進行相位估計，并依據(jù)得到的相位估計獲取相位修正因子； 步驟105)將分時間段各次相位修正因子用于補償步驟103)的波束輸出，對補償后的波束輸出相干組合累加進而獲得時間方位歷程圖，讀出目標(biāo)所在方位，將其方位記錄進行處理及判別，實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，其特征在于，所述重疊部分的水聽器的具體重疊數(shù)目為拖線陣陣元總個數(shù)的一半，且能有效避免由于拖線陣難以維持恒定速度而無法保證連續(xù)測量時水聽器的空間位置完全重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，其特征在于，所述相位修正因子為時間延遲估計和空間位置移動相位估計的和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，其特征在于，所述步驟102)進一步包含如下子步驟: 步驟102-1)依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關(guān)平均，即將接收信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號； 其中，該步驟還包含采用線譜檢測策略檢測接收的目標(biāo)信號中的有用的信號； 步驟102-2)然后對不同時間段各陣元接收信號進行頻域波束形成處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，其特征在于，所述步驟105)進一步包含如下子步驟: 步驟105-1)依據(jù)步驟104)得到的“相位估計獲取相位修正因子”及步驟103)中“各時間段波束輸出”，分時間段處理，將各時間段的相位修正因子與對應(yīng)時間段波束輸出進行相乘等處理，即完成對“分時 間段各次相位修正因子用于補償步驟103)的波束輸出”； 步驟105-2)將上述各時間段的信號進行疊加，即對補償后的波束輸出進行相干組合累加進而獲得時間方位歷程圖； 步驟105-3)再對時間方位歷程圖波束輸出進行檢測，得到目標(biāo)波束對應(yīng)方位，具體為:將不同頻帶內(nèi)目標(biāo)波束對應(yīng)的檢測方位進行記錄，將各頻帶內(nèi)存儲的方位進行二次擬合，根據(jù)計算結(jié)果計算方位估計方差，將計算的方位估計方差與設(shè)定的檢測方差門限進行比較，若小于門限，則檢測到的水聲目標(biāo)信號結(jié)果屬實，接收到水下目標(biāo)信號確實含有水聲目標(biāo)信號，否則檢測結(jié)果為虛警，接收到的信號中不含目標(biāo)信號，綜完成目標(biāo)信號的檢測和定位。
6.一種拖線陣運動非重疊孔徑的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用被動合成孔徑技術(shù)實現(xiàn)對水下弱目標(biāo)信號進行有效檢測，所述的系統(tǒng)包含:接受模型建立模塊，用于構(gòu)造在拖線陣移動下對目標(biāo)信號的運動多普勒接收模型；第一處理模塊，用于依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關(guān)平均，即將接收信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號，然后對不同時間段各陣元接收信號進行頻域波束形成處理； 第二處理模塊，用于對頻域波束形成后的輸出分頻帶進行能量積分得到各時間段波束輸出； 時空相位修正因子獲取模塊，用于按拖線陣移動下構(gòu)建的多普勒接收模型，分別對時間延遲及空間位置移動進行相位估計，并依據(jù)得到的相位估計獲取相位修正因子；和 運動相位誤差補償及檢測結(jié)果輸出模塊，用于將分時間段各次相位修正因子用于補償所述的波束輸出，對補償后的波束輸出進行相干組合累加進而獲得時間方位歷程圖，再由其時間方位歷程圖得到目標(biāo)波束對應(yīng)方位，完成目標(biāo)信號的檢測和定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨系統(tǒng)，其特征在于，所述重疊部分的水聽器的具體重疊數(shù)目為拖線陣陣元總個數(shù)的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，其特征在于，所述相位修正因子為時間延遲估計和空間位置移動相位估計的和。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理模塊進一步包含如下子模塊: 分時間段處理子模塊，用于依據(jù)被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在固定的時間間隔發(fā)生相繼兩次運動時，分別對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關(guān)平均，即將接收信號進行分時間段處理，分析每相鄰兩次時間段的接收信號；和頻域波束形成子模塊，用于對不同時間段各陣元接收信號進行頻域波束形成處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動合成孔徑目標(biāo)信號檢測和分辨方法，其特征在于，所述運動相位誤差補償及檢測結(jié)果輸出模塊進一步包含如下子模塊: 運動相位誤差補償子模塊，用于將分時間段各次相位修正因子補償波束輸出； 相干組 合處理子模塊，用于對補償后的波束輸出進行相干組合累加；和檢測結(jié)果輸出子模塊，用于由時間方位歷程圖得到目標(biāo)波束對應(yīng)方位，完成目標(biāo)信號的檢測和定位。
【文檔編號】G01S7/539GK103529441SQ201210227963
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月2日
【發(fā)明者】趙閃, 陳新華, 余華兵 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所