一種多普勒頻偏修正方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多普勒頻偏修正方法，包括：對目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行特性分析；構(gòu)造接收模型，為拖曳線列陣構(gòu)建直角坐標(biāo)系；預(yù)設(shè)頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)；在某一初始時刻以及拖曳線列陣運(yùn)動一定時間后的另一時刻，對信號做FFT變換以及頻域波束形成，在當(dāng)前頻點(diǎn)上對頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加；計算空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償，得到總的相位修正補(bǔ)償，根據(jù)前一次補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果與總的相位修正補(bǔ)償?shù)玫綌U(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果；獲得時間方位歷程圖，利用該時間方位歷程圖對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測，判斷當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)，如果未達(dá)到，改變當(dāng)前頻點(diǎn)值的大小，重新采樣，直至當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)。
【專利說明】一種多普勒頻偏修正方法及系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲信號處理領(lǐng)域，特別涉及一種多普勒頻偏修正方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著低噪聲艦艇和聲隱身技術(shù)的發(fā)展，艦船等航行器的水下輻射噪聲和目標(biāo)強(qiáng)度進(jìn)一步下降，傳統(tǒng)的被動聲吶對目標(biāo)的探測更加困難，且聲吶的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)。
[0003]隨著科技的發(fā)展，基于被動合成孔徑技術(shù)的拖線陣聲吶的研究成為水聲信號處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題。拖曳線列陣聲吶由于可以遠(yuǎn)離本艦自噪聲、可以不受孔徑限制，并能變深拖曳利用水文條件，被廣泛用于水下目標(biāo)特性的測量，且由小孔徑陣列合成虛擬大孔徑陣列的方法為解決低頻信號大孔徑聲吶系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了有效途徑。被動合成孔徑聲吶正是通過拖曳線列陣運(yùn)動合成得到比實(shí)際孔徑大得多的合成孔徑陣列，依靠短陣的機(jī)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。
[0004]拖線陣聲吶載體通常以勻速直線運(yùn)動的方式對目標(biāo)采取運(yùn)動接收，由于實(shí)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，及海浪、潮汐、風(fēng)等因素的影響，聲吶載體在進(jìn)行孔徑合成時，由于水聽器陣列接收時與目標(biāo)存在相對運(yùn)動，產(chǎn)生多普勒運(yùn)動頻偏，會對目標(biāo)的檢測性能引起下降和處理增益帶來損失，因此解決多普勒頻偏是被動合成孔徑聲吶運(yùn)動相位補(bǔ)償?shù)闹饕獑栴}之一?？紤]對弱目標(biāo)信號檢測時，頻率未知，孔徑合成時合理估計并補(bǔ)償修正多普勒頻偏也是一個難題，對于由于聲吶載體與靜止/運(yùn)動目標(biāo)的多普勒頻偏帶來的處理增益損失及檢測性能的降低等問題，現(xiàn)有技術(shù)中并未有任何能夠克服上述問題的技術(shù)方案。
[0005]拖線陣相對于目標(biāo)以確定性規(guī)律運(yùn)動是被動合成孔徑聲吶的基礎(chǔ)，現(xiàn)有技術(shù)的被動合成孔徑聲吶算法一般用于理想情況下目標(biāo)信號的檢測和分辨，但實(shí)際應(yīng)用時會受到目標(biāo)的運(yùn)動及水聲信道等復(fù)雜因素的影響，而現(xiàn)有的被動合成孔徑聲吶算法在處理有關(guān)問題時忽略多普勒頻偏的補(bǔ)償，因而不具有可行性、通用性及實(shí)用性，不能在工程實(shí)際中得到合
理應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服實(shí)際聲吶載體采用勻速直線的運(yùn)動方式進(jìn)行孔徑合成時，由于水聽器接收陣與目標(biāo)存在的相對運(yùn)動產(chǎn)生的多普勒頻偏，進(jìn)而在孔徑合成時對目標(biāo)檢測性能引起的下降及處理增益帶來的損失等問題，從而提供一種對多普勒頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒跋到y(tǒng)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多普勒頻偏修正方法，用于包括多個陣元的拖曳線列陣，該方法包括:[0008]步驟I)、對目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行特性分析；
[0009]步驟2)、根據(jù)目標(biāo)輻射噪聲特性分析的結(jié)果，構(gòu)造所述拖曳線列陣運(yùn)動時對被測目標(biāo)的信號進(jìn)行聲場空間采樣的接收模型，然后為所述拖曳線列陣構(gòu)建直角坐標(biāo)系；
[0010]其中，在構(gòu)建直角坐標(biāo)系時，將所述拖曳線列陣中第一個陣元的初始位置作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn),將福射目標(biāo)作為點(diǎn)聲源；
[0011]步驟3)、預(yù)設(shè)頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)；
[0012]步驟4)、某一時刻，所述拖曳線列陣聲吶進(jìn)行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加；
[0013]步驟5)、所述拖曳線列陣聲吶在運(yùn)動一定時間后，所述拖曳線列陣聲吶進(jìn)行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加；
[0014]步驟6)、根據(jù)步驟5)所得到的結(jié)果計算空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償，將空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償相加，得到所述拖曳線列陣聲吶移動前后總的相位修正補(bǔ)償，然后根據(jù)前一次補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果與所述總的相位修正補(bǔ)償?shù)玫綌U(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果；
[0015]步驟7)、將步驟6)得到的補(bǔ)償后的擴(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果進(jìn)行相干累加，獲得時間方位歷程圖，利用該時間方位歷程圖對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測，然后判斷當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了步驟3)中預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)，如果未達(dá)到，改變當(dāng)前頻點(diǎn)值的大小，然后重新執(zhí)行步驟4)-步驟6)，直至當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)。
[0016]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟4)與步驟5)中，所述FFT變換時所需的點(diǎn)數(shù)由補(bǔ)償精度確定。
[0017]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟7)中，對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測包括:
[0018]將不同頻帶內(nèi)目標(biāo)波束對應(yīng)的檢測方位進(jìn)行記錄，將各頻帶內(nèi)存儲的方位進(jìn)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(jìn)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(shí)，接收到的水下目標(biāo)信號中確實(shí)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，繼而完成對目標(biāo)信號的檢測。
[0019]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟6)中，所述空間移動補(bǔ)償根據(jù)移動的距離得到。
[0020]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟6)中，所述的時間延遲補(bǔ)償根據(jù)移動相應(yīng)距離的時間得到。
[0021]本發(fā)明還提供了一種多普勒頻偏修正系統(tǒng)，用于包括多個陣元的拖曳線列陣，該系統(tǒng)包括噪聲特性分析模塊、預(yù)處理模塊、頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)預(yù)設(shè)模塊、信號處理模塊、延遲補(bǔ)償模塊、檢測模塊；其中，
[0022]所述的噪聲特性分析模塊用于對目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行特性分析；
[0023]所述的預(yù)處理模塊根據(jù)目標(biāo)輻射噪聲特性分析的結(jié)果，構(gòu)造所述拖曳線列陣運(yùn)動時對被測目標(biāo)的信號進(jìn)行聲場空間采樣的接收模型，然后為所述拖曳線列陣構(gòu)建直角坐標(biāo)系；其中，在構(gòu)建直角坐標(biāo)系時，將所述拖曳線列陣中第一個陣元的初始位置作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，將輻射目標(biāo)作為點(diǎn)聲源；
[0024]所述的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)預(yù)設(shè)模塊用于預(yù)設(shè)頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)；[0025]所述的信號處理模塊在某一初始時刻以及拖曳線列陣運(yùn)動一定時間后的另一時刻分別做如下操作:對拖曳線列陣聲吶采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加；
[0026]所述的延遲補(bǔ)償模塊根據(jù)所述的信號處理模塊所得到的結(jié)果計算空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償，將空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償相加，得到所述拖曳線列陣聲吶移動前后總的相位修正補(bǔ)償，然后根據(jù)前一次補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果與所述總的相位修正補(bǔ)償?shù)玫綌U(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果；
[0027]所述的檢測模塊將所述的延遲補(bǔ)償模塊得到的補(bǔ)償后的擴(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果進(jìn)行相干累加，獲得時間方位歷程圖，利用該時間方位歷程圖對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測，然后判斷當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了所述的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)預(yù)設(shè)模塊所預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)，如果未達(dá)到，改變當(dāng)前頻點(diǎn)值的大小，然后重新啟動信號處理模塊，直至當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)。
[0028]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0029]本發(fā)明的方法可以有效避免多普勒頻偏對孔徑合成帶來的處理增益損失和檢測性能下降，通過頻率搜索、漸次補(bǔ)償在波束域上進(jìn)行相位修正，提高了方位估計精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)信號的有效檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為一個實(shí)施例中利用拖曳線列陣聲吶運(yùn)動下對水下目標(biāo)的輻射噪聲進(jìn)行檢測的示意圖；
[0031]圖2為拖曳線列陣聲吶構(gòu)建直角坐標(biāo)系的示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的多普勒頻偏修正方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0034]在對本發(fā)明的方法做詳細(xì)說明之前，為了便于理解，首先對本發(fā)明中所涉及的一些概念做統(tǒng)一的說明。
[0035]時間方位歷程圖:時間方位歷程圖通過對連續(xù)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行短時傅里葉變換而構(gòu)成。將原始信號的采樣序列進(jìn)行分幀處理(如分為100幀，每幀2000個點(diǎn))，幀間相互重疊50%，然后分別對各幀信號進(jìn)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。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(jìn)行后續(xù)擬合處理及門限判別，可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)信號的有效檢測。
[0036]拖曳線列陣聲吶:也稱“拖曳陣聲吶”，它是將水聽器鑲嵌在電纜上形成線列陣，由拖曳電纜拖在艦艇尾后水中探測目標(biāo)的聲響。
[0037]時間延遲補(bǔ)償:反映了拖曳線列陣聲吶運(yùn)動某一時間后，時間變化對不同時間的兩次接收時頻域波束形成的影響。
[0038]空間移動補(bǔ)償:反映了拖曳線列陣聲吶運(yùn)動某一時間后，空間位置變化對不同時間的兩次接收時頻域波束形成的影響。
[0039]以上是對本發(fā)明中所涉及的相關(guān)概念的描述，下面對本發(fā)明的方法加以說明。[0040] 如圖3所示，本發(fā)明的多普勒頻偏修正方法包括以下步驟:
[0041 ] 步驟I)、對目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行特性分析；
[0042]步驟2)、根據(jù)目標(biāo)輻射噪聲特性分析的結(jié)果，構(gòu)造拖曳線列陣運(yùn)動時對被測目標(biāo)的信號進(jìn)行聲場空間采樣的接收模型，細(xì)化分析各陣元所接收信號，構(gòu)建直角坐標(biāo)系；
[0043]其中，在構(gòu)建直角坐標(biāo)系時，將拖曳線列陣中第一個陣元的初始位置作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，將福射目標(biāo)作為點(diǎn)聲源。
[0044]步驟3)、預(yù)設(shè)頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)；
[0045]步驟4)、某一時刻，拖曳線列陣聲吶進(jìn)行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加，從而實(shí)現(xiàn)信號由陣元域處理轉(zhuǎn)為波束域處理。
[0046]其中，所述FFT變換時所涉及的FFT點(diǎn)數(shù)與所要求的補(bǔ)償精度相對應(yīng)；所述當(dāng)前頻點(diǎn)為所要補(bǔ)償?shù)念l率范圍內(nèi)的一個值，在第一次做頻點(diǎn)補(bǔ)償時，當(dāng)前頻點(diǎn)為所要補(bǔ)償?shù)念l率范圍的一個端值，例如，補(bǔ)償在-0.5Hz?0.5Hz上進(jìn)行，則當(dāng)前頻點(diǎn)為-0.5Hz，在后續(xù)的頻點(diǎn)補(bǔ)償操作中，當(dāng)前頻點(diǎn)發(fā)生變化，如由-0.5Hz變?yōu)?0.4Hz。
[0047]步驟5)、對拖曳線列陣聲吶在運(yùn)動一定時間后，拖曳線列陣聲吶進(jìn)行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加；
[0048]其中，所述FFT變換時所涉及的FFT點(diǎn)數(shù)與步驟4)中的FFT點(diǎn)數(shù)相同。
[0049]步驟6)、根據(jù)步驟5)所得到的結(jié)果計算空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償，將空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償相加，得到陣列移動前后總的相位修正補(bǔ)償，根據(jù)前一次補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果與所述總的相位修正補(bǔ)償?shù)玫綌U(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果；
[0050]其中，所述空間移動補(bǔ)償根據(jù)移動的距離得到，一般預(yù)設(shè)為陣元重疊數(shù)的一半，或者根據(jù)實(shí)際移動距離作空間移動補(bǔ)償；所述的時間延遲補(bǔ)償根據(jù)移動相應(yīng)距離的時間得到。
[0051]步驟7)、將步驟6)得到的補(bǔ)償后的擴(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果進(jìn)行相干累加，獲得時間方位歷程圖，利用該時間方位歷程圖對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測，然后考察當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了步驟3)中預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)，如果未達(dá)到，改變當(dāng)前頻點(diǎn)值的大小，然后重新執(zhí)行步驟4)-步驟6)，直至當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)。
[0052]下面對上述步驟做進(jìn)一步的描述。
[0053]在所述的步驟I)中，對目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行特性分析，這一特性分析的實(shí)現(xiàn)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)信號檢測處理中對拖船噪聲抵消等技術(shù)提供了理論參考。
[0054]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):船體的機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲以及水動力噪聲是艦船噪聲的三種主要來源，其中機(jī)械噪聲和螺旋槳噪聲是艦船噪聲的主要聲源。機(jī)械噪聲是航行或行業(yè)艦船上的各種機(jī)械振動通過船體向水中輻射而形成的噪聲，由于各種機(jī)械運(yùn)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(qiáng)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(yùn)動船只表面而形成，是水流動力作用于艦船的結(jié)果，在強(qiáng)度方面一般被機(jī)械噪聲和螺旋槳噪聲所掩蓋。
[0055]水下艦船的輻射噪聲譜特性與頻率、航速、深度有關(guān)，低航速時，譜的低頻端主要包括機(jī)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:
[0056]G (t, f) =Gs (f) +Gl (f) +2m (t) m (f) Gs (f)
[0057]式中，Gs(f)表示平穩(wěn)連續(xù)功率譜,G1^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，在給定航速和深度下，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(jī)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。在實(shí)際檢測時，被動合成孔徑聲吶感興趣的信號是目標(biāo)輻射噪聲的線譜成分。因此在后續(xù)的步驟中，拖曳線列陣主要對窄帶線譜信號進(jìn)行檢測。
[0058]在所述步驟2)中所構(gòu)建的接收模型包括:由拖纜連接的若干個等間距的各向同性水聽器形成一線列陣(在線列陣中的水聽器也被稱為陣元)，該線列陣作勻速直線運(yùn)動，以某一時刻第I號水聽器接收到的被測目標(biāo)信號為參考，其它水聽器相對于被測目標(biāo)均有不同的距離，即其它水聽器接收到的被測目標(biāo)信號相對于I號水聽器接收到的被測目標(biāo)信號有相應(yīng)的傳播時延，運(yùn)動一定時間間隔后，各個水聽器再次對被測目標(biāo)信號進(jìn)行接收處理，根據(jù)各水聽器與運(yùn)動目標(biāo)的距離得到各水聽器接收的信號。
[0059]在步驟4)與步驟5)中，需要對各個水聽器所接收到的信號做FFT變換，在FFT變換時所需的點(diǎn)數(shù)與補(bǔ)償精度有關(guān)。如補(bǔ)償精度為0.1Hz時，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為實(shí)際采樣率fs的10倍。當(dāng)補(bǔ)償精度發(fā)生變化，則相`應(yīng)的FFT變換也會對應(yīng)改變。
[0060]所述的步驟7)具體包括以下步驟:
[0061]步驟7-1)、依據(jù)虛擬陣列補(bǔ)償后波束累加獲得的輸出結(jié)果進(jìn)行處理，結(jié)合各時間段信號處理獲得時間方位歷程圖；
[0062]步驟7-2)、對整個時間方位歷程圖輸出進(jìn)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(jìn)行記錄，將各頻帶內(nèi)存儲的方位進(jìn)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(jìn)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(shí)，接收到水下目標(biāo)信號確實(shí)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，繼而完成對目標(biāo)信號的檢測；
[0063]步驟7-3)、判斷當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了步驟3)中預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)，如果未達(dá)到，改變當(dāng)前頻點(diǎn)值的大小，然后重新執(zhí)行步驟4)-步驟6)，直至當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)。
[0064]下面結(jié)合一個具體的例子，對本發(fā)明方法做進(jìn)一步說明。
[0065]圖1為一個實(shí)施例中利用拖曳線列陣聲吶運(yùn)動下對水下目標(biāo)的輻射噪聲進(jìn)行檢測的示意圖。從圖中可以看出，所述拖曳線列陣聲吶中有N個水聽器，各水聽器之間的距離為山整個拖曳線列陣聲吶以速度V做勻速直線運(yùn)動。當(dāng)艦船或其他類型的被測目標(biāo)經(jīng)過該水平拖曳線列陣聲吶時，該聲吶中的水聽器能夠?qū)δ繕?biāo)輻射噪聲信號進(jìn)行采樣，完成對噪聲源的檢測。拖曳線列陣聲吶在檢測時，由于聲吶中的水聽器與被檢測目標(biāo)之間存在相對運(yùn)動，使得聲吶中的各個水聽器所接收的信號與輻射聲源存在頻率不一致的情況，即:相對聲源運(yùn)動接收頻率變高，背離聲源運(yùn)動接收頻率變低。這一現(xiàn)象就是多普勒頻偏。所述多普勒頻偏會在孔徑合成時造成目標(biāo)檢測性能的下降。
[0066]在下面的描述中就以該拖曳線列陣聲吶為例，對如何實(shí)現(xiàn)多普勒頻偏修正加以說明。
[0067]在圖1中，R1與Rn分別表示拖船與I號、N號水聽器的距離。進(jìn)一步細(xì)化分析，構(gòu)建直角坐標(biāo)系如圖2示，單獨(dú)考慮I號接收水聽器，r0與Ti表示移動前后拖船與I號水聽器距離，輻射目標(biāo)視為點(diǎn)聲源，所在位置為(x0，y0)，則:
[0068]
【權(quán)利要求】
1.一種多普勒頻偏修正方法，用于包括多個陣元的拖曳線列陣，該方法包括: 步驟1)、對目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行特性分析； 步驟2)、根據(jù)目標(biāo)輻射噪聲特性分析的結(jié)果，構(gòu)造所述拖曳線列陣運(yùn)動時對被測目標(biāo)的信號進(jìn)行聲場空間采樣的接收模型，然后為所述拖曳線列陣構(gòu)建直角坐標(biāo)系； 其中，在構(gòu)建直角坐標(biāo)系時，將所述拖曳線列陣中第一個陣元的初始位置作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，將福射目標(biāo)作為點(diǎn)聲源； 步驟3)、預(yù)設(shè)頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)； 步驟4)、某一時刻，所述拖曳線列陣聲吶進(jìn)行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加； 步驟5)、所述拖曳線列陣聲吶在運(yùn)動一定時間后，所述拖曳線列陣聲吶進(jìn)行采樣操作，然后對采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加； 步驟6)、根據(jù)步驟5)所得到的結(jié)果計算空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償，將空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償相加，得到所述拖曳線列陣聲吶移動前后總的相位修正補(bǔ)償，然后根據(jù)前一次補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果與所述總的相位修正補(bǔ)償?shù)玫綌U(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果； 步驟7)、將步驟6)得到的補(bǔ)償后的擴(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果進(jìn)行相干累加，獲得時間方位歷程圖，利用該時間方位歷程圖對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測，然后判斷當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了步驟3)中預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)，如果未達(dá)到，改變當(dāng)前頻點(diǎn)值的大小，然后重新執(zhí)行步驟4)-步驟6)，直至當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻偏修正方法，其特征在于，在所述的步驟4)與步驟5)中，所述FFT變換時所需的點(diǎn)數(shù)由補(bǔ)償精度確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻偏修正方法，其特征在于，在所述的步驟7)中，對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測包括: 將不同頻帶內(nèi)目標(biāo)波束對應(yīng)的檢測方位進(jìn)行記錄，將各頻帶內(nèi)存儲的方位進(jìn)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(jìn)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(shí)，接收到的水下目標(biāo)信號中確實(shí)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，繼而完成對目標(biāo)信號的檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻偏修正方法，其特征在于，在所述的步驟6)中，所述空間移動補(bǔ)償根據(jù)移動的距離得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻偏修正方法，其特征在于，在所述的步驟6)中，所述的時間延遲補(bǔ)償根據(jù)移動相應(yīng)距離的時間得到。
6.一種多普勒頻偏修正系統(tǒng)，其特征在于，用于包括多個陣元的拖曳線列陣，該系統(tǒng)包括噪聲特性分析模塊、預(yù)處理模塊、頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)預(yù)設(shè)模塊、信號處理模塊、延遲補(bǔ)償模塊、檢測模塊；其中， 所述的噪聲特性分析模塊用于對目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行特性分析； 所述的預(yù)處理模塊根據(jù)目標(biāo)輻射噪聲特性分析的結(jié)果，構(gòu)造所述拖曳線列陣運(yùn)動時對被測目標(biāo)的信號進(jìn)行聲場空間采樣的接收模型，然后為所述拖曳線列陣構(gòu)建直角坐標(biāo)系；其中，在構(gòu)建直角坐標(biāo)系時，將所述拖曳線列陣中第一個陣元的初始位置作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，將輻射目標(biāo)作為點(diǎn)聲源； 所述的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)預(yù)設(shè)模塊用于預(yù)設(shè)頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)； 所述的信號處理模塊在某一初始時刻以及拖曳線列陣運(yùn)動一定時間后的另一時刻分別做如下操作:對拖曳線列陣聲吶采樣時各個陣元所接收到的信號做FFT變換以及頻域波束形成，接著在當(dāng)前頻點(diǎn)上對各個陣元的頻域波束形成的輸出結(jié)果進(jìn)行累加； 所述的延遲補(bǔ)償模塊根據(jù)所述的信號處理模塊所得到的結(jié)果計算空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償，將空間移動補(bǔ)償與時間延遲補(bǔ)償相加，得到所述拖曳線列陣聲吶移動前后總的相位修正補(bǔ)償，然后根據(jù)前一次補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果與所述總的相位修正補(bǔ)償?shù)玫綌U(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果； 所述的檢測模塊將所述的延遲補(bǔ)償模塊得到的補(bǔ)償后的擴(kuò)展虛擬陣列的輸出結(jié)果進(jìn)行相干累加，獲得時間方位歷程圖，利用該時間方位歷程圖對被測目標(biāo)信號進(jìn)行檢測，然后判斷當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了所述的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)預(yù)設(shè)模塊所預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)，如果未達(dá)到，改變當(dāng)前頻點(diǎn)值的大小，然后重新啟動信號處理模塊，直至當(dāng)前的頻點(diǎn)補(bǔ)償次數(shù)達(dá) 到預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)補(bǔ)償總數(shù)。
【文檔編號】G01S7/539GK103809170SQ201210451109
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】趙閃, 陳新華, 孫長瑜 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所