一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法，包括：对某一时刻拖线阵声纳采样时阵元接收到的信号作FFT变换，估计窄带干扰的中心频率和干扰频带；对信号滤波，滤波后的信号重构回时域；预设频点补偿总数；将信号做FFT变换以及频域波束形成，对频域波束形成结果进行累加；运动一定时间后，对采样信号做FFT变换以及频域波束形成，对频域波束形成结果进行累加；计算总的相位修正补偿，进而得到扩展虚拟阵列的输出结果；将补偿后的扩展虚拟阵列的输出结果进行相干累加，获得时间方位历程图，以对被测目标信号进行检测，当前的频点补偿次数是否是预设的频点补偿总数，否，改变当前频点值的大小，重新执行，直至达到预设的频点补偿总数。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法，包括：对某一时刻拖线阵声纳采样时阵元接收到的信号作FFT变换，估计窄带干扰的中心频率和干扰频带；对信号滤波，滤波后的信号重构回时域；预设频点补偿总数；将信号做FFT变换以及频域波束形成，对频域波束形成结果进行累加；运动一定时间后，对采样信号做FFT变换以及频域波束形成，对频域波束形成结果进行累加；计算总的相位修正补偿，进而得到扩展虚拟阵列的输出结果；将补偿后的扩展虚拟阵列的输出结果进行相干累加，获得时间方位历程图，以对被测目标信号进行检测，当前的频点补偿次数是否是预设的频点补偿总数，否，改变当前频点值的大小，重新执行，直至达到预设的频点补偿总数。【专利说明】一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法及系统
本专利技术涉及声纳领域，特别涉及一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法及系 统。
技术介绍
随着低噪声舰艇和声隐身技术的发展，舰船等航行器的水下辐射噪声和目标强度 进一步下降，传统的被动声纳对目标的探测更加困难，且声纳的检测能力随着安静型目标 的出现和迅猛发展而受到严重挑战。 随着科技的发展，基于被动合成孔径技术的拖线阵声纳的研究成为水声信号处理 领域的研究热点问题。拖曳线列阵声纳由于可以远离本舰自噪声、可以不受孔径限制，并能 变深拖曳利用水文条件，被广泛用于水下目标特性的测量，且由小孔径阵列合成虚拟大孔 径阵列的方法为解决低频信号大孔径声纳系统的实现提供了有效途径。被动合成孔径声纳 正是通过拖曳线列阵运动合成得到比实际孔径大得多的合成孔径阵列，依靠短阵的机动突 破阵列孔径的限制，获得更高的增益和更高的方位分辨力。依据水下舰船等目标特性分析 得知螺旋桨的桨叶切割海水产生单频信号分量等线谱成分，为合成一个比物理孔径大得多 的有效孔径提供了可能。 拖线阵声纳载体通常以匀速直线运动的方式对目标采取运动接收，由于实际水下 复杂环境下介质和路径扰动引起的阵列移动偏差，及海浪、潮汐、风等因素的影响，声纳载 体在进行孔径合成时，由于水听器阵列接收时与目标存在相对运动，产生多普勒运动频偏， 会对目标的检测性能引起下降和处理增益带来损失，因此解决多普勒频偏是被动合成孔径 声纳运动相位补偿的主要问题之一。 考虑对弱目标信号检测时，频率未知，在进行目标检测时通常采用较小的步长实 现频率搜索补偿，而由于窄带干扰（即单一某频率的干扰，区别于多频率组合的宽带干扰） 等因素的存在，导致目标检测时常常会出现误判，因此如何有效抑制窄带干扰，进一步实现 被动合成该孔径的频率搜索补偿成为解决问题的一个着手点。现有技术并未有任何有关由 于声纳载体与静止/运动目标的多普勒频偏带来的处理增益损失及检测性能的降低且进 一步窄带干扰抑制等问题进行处理的技术手段。 拖线阵相对于目标以确定性规律运动是被动合成孔径声纳的基础，现有技术的被 动合成孔径声纳算法一般用于理想情况下目标信号的检测和分辨，基于被动合成孔径技术 的拖线阵声纳、无人水下航行器等研究成为水声信号处理领域的研究热点问题，考虑实际 应用时目标的运动及水声信道等复杂因素影响，被动合成孔径相应算法在处理有关问题时 忽略多普勒频偏的补偿，不具有可行性、通用性及实用性，而目前对于窄带干扰抑制技术主 要局限于时域的自适应滤波技术，当干扰信号频繁出现时，通过调整滤波器系数很难有效 去除干扰，且由于滤波器系数发生微小改变时输出会产生很大的变化，导致在信号处理中 实时性、稳定性等无法实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的窄带干扰抑制技术对于干扰信号频繁出现 的情况，很难有效去除干扰，信号处理的实时性、稳定性无法实现等缺陷，从而提供一种抑 制窄带干扰方法。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法， 包括： 步骤1)、以水下目标的辐射噪声特性分析为基础，构造拖线阵运动时对被测静止 或运动目标信号进行声场空间采样的接收模型；以及细化分析各阵元所接收信号，构建直 角坐标系； 步骤2)、基于步骤1)所建立的接收模型，对某一时刻拖线阵声纳采样时阵元接收 到的信号作FFT变换，将信号由阵元域处理转变为波束域处理，然后估计出窄带干扰的中 心频率和干扰频带； 步骤3)、在步骤2)中确定窄带干扰的中心频率和干扰频带后，对步骤2)中经过 FFT变换的信号在由所述中心频率与干扰频带所确定的频域内进行滤波；然后将滤波后的 信号重构回时域； 步骤4)、预设频点补偿总数； 步骤5)、将步骤3)中滤波后重构回时域的信号做FFT变换以及频域波束形成，接 着在当前频点上对各个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加； 步骤6)、拖曳线列阵声纳在运动一定时间后，拖曳线列阵声纳进行采样操作，然后 对采样时各个阵元所接收到的信号做FFT变换以及频域波束形成，接着在当前频点上对各 个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加； 其中，所述FFT变换时所涉及的FFT点数与步骤5)中的FFT点数相同； 步骤7)、根据步骤6)所得到的结果计算空间移动补偿与时间延迟补偿，将空间移 动补偿与时间延迟补偿相加，得到阵列移动前后总的相位修正补偿，根据前一次补偿的结 果与所述总的相位修正补偿得到扩展虚拟阵列的输出结果； 步骤8)、将步骤7)得到的补偿后的扩展虚拟阵列的输出结果进行相干累加，获得 时间方位历程图，利用该时间方位历程图对被测目标信号进行检测，然后考察当前的频点 补偿次数是否已经达到了步骤4)中预设的频点补偿总数，如果未达到，改变当前频点值的 大小，然后重新执行步骤5) -步骤7)，直至当前的频点补偿次数达到预设的频点补偿总 数。 上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述构建直角坐标系包括：将拖曳线列阵 中第一个阵元的初始位置作为直角坐标系的原点，将辐射目标作为点声源。 上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述接收模型包括：由拖缆连接的若干个 等间距的各向同性水听器形成一线列阵，该线列阵作匀速直线运动，以某一时刻第1号水 听器接收到的被测目标信号为参考，其它水听器相对于被测目标均有不同的距离，即其它 水听器接收到的被测目标信号相对于1号水听器接收到的被测目标信号有相应的传播时 延，运动一定时间间隔后，各个水听器再次对被测目标信号进行接收处理，根据各水听器与 运动目标的距离得到各水听器接收的信号。 上述技术方案中，在所述的步骤3)中，所述滤波采用中值滤波的方式。 上述技术方案中，在所述的步骤8)中，对被测目标信号进行检测包括： 将不同频带内目标波束对应的检测方位进行记录，将各频带内存储的方位进行二 次拟合，根据计算结果计算方位估计方差，将计算的方位估计方差与设定的检测方差门限 进行比较，若小于门限，则检测到的水声目标信号结果属实，接收到的水下目标信号中确实 含有水声目标信号，否则检测结果为虚警，接收到的信号中不含目标信号，继而完成对目标 信号的检测。 上述技术方案中，在所述的步骤7)中，所述空间移动补偿根据移动的距离得到。 上述技术方案中，在所述的步骤7)中，所述时间延迟补偿根据移动相应距离的时 间得到。 上述技术方案中，在所述的步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于被动合成孔径的抑制窄带干扰方法，包括：步骤1）、以水下目标的辐射噪声特性分析为基础，构造拖线阵运动时对被测静止或运动目标信号进行声场空间采样的接收模型；以及细化分析各阵元所接收信号，构建直角坐标系；步骤2）、基于步骤1）所建立的接收模型，对某一时刻拖线阵声纳采样时阵元接收到的信号作FFT变换，将信号由阵元域处理转变为波束域处理，然后估计出窄带干扰的中心频率和干扰频带；步骤3）、在步骤2）中确定窄带干扰的中心频率和干扰频带后，对步骤2）中经过FFT变换的信号在由所述中心频率与干扰频带所确定的频域内进行滤波；然后将滤波后的信号重构回时域；步骤4）、预设频点补偿总数；步骤5）、将步骤3）中滤波后重构回时域的信号做FFT变换以及频域波束形成，接着在当前频点上对各个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加；步骤6）、拖曳线列阵声纳在运动一定时间后，拖曳线列阵声纳进行采样操作，然后对采样时各个阵元所接收到的信号做FFT变换以及频域波束形成，接着在当前频点上对各个阵元的频域波束形成的输出结果进行累加；其中，所述FFT变换时所涉及的FFT点数与步骤5）中的FFT点数相同；步骤7）、根据步骤6）所得到的结果计算空间移动补偿与时间延迟补偿，将空间移动补偿与时间延迟补偿相加，得到阵列移动前后总的相位修正补偿，根据前一次补偿的结果与所述总的相位修正补偿得到扩展虚拟阵列的输出结果；步骤8）、将步骤7）得到的补偿后的扩展虚拟阵列的输出结果进行相干累加，获得时间方位历程图，利用该时间方位历程图对被测目标信号进行检测，然后考察当前的频点补偿次数是否已经达到了步骤4）中预设的频点补偿总数，如果未达到，改变当前频点值的大小，然后重新执行步骤5）—步骤7），直至当前的频点补偿次数达到预设的频点补偿总数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵闪，陈新华，孙长瑜，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11