一种水下声场中的弱信号增强方法技术

本发明专利技术公开了一种水下声场中的弱信号增强方法。包括以下步骤：利用非线性波动方程建立弱信号增强的参数模型；测量介质的非线性参数；估计声场中弱信号的频率和幅度；由接收点R0前d米处的泵波发生器发射两列角频率为ω2和ω3的泵波信号，在声波的传播过程中将泵波的能量转化为弱信号波的能量；根据泵波发生器与接收水听器之间的收发距离d,调整泵波信号的幅度，使接收水听器与弱信号增强模型的最大增益点位置一致，实现弱信号的最大增强；本发明专利技术的增强效果不受基阵尺度的制约，并对于信号的初始声压级不敏感，不存在相同步条件，增强方法具有较强的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水声弱信号增强技术，尤其涉及一种用于提高弱信号检测的效果的， 水下声场中的弱信号增强方法。
技术介绍
水声弱信号指被强噪声淹没的微弱水声信号。传统的水声弱信号检测技术通常利 用噪声与弱信号的统计特性及相关性的差异来实现弱信号的检测与提取。这种检测方法 主要分为两种思路：一种是基于时域信息的检测，通过各种变换来提取特征参数实现检测； 另一种思路则基于空域信息，通过阵增益与空域滤波等方法实现弱信号检测。然而这些传 统的水声弱信号检测技术对于低频弱信号都有较大的局限性。水声弱信号增强技术对于提 高声呐的作用距离，提高探测能力和目标识别准确性具有重要的意义。 参量阵技术产生以后，人们试图利用参量阵逆过程实现对弱信号的检测。文献 "Long-aperture parametric receiving arrays. J. Acoust. Soc. Am,1975, Vol. 57, No. 5 ： 1150-1155. "就曾对此方法进行过探讨，但由于参量阵技术本身存在着阵增益过低和非线 性效率的问题，所以这种技术仅仅限于理论上的讨论分析中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够提高探测能力和目标识别准确性的，水下声场中的 弱信号增强方法。 -种水下声场中的弱信号增强方法，包括以下几个步骤， 步骤一：利用非线性波动方程建立弱信号增强的参数模型； 步骤二：测量介质的非线性参数； 步骤三：估计声场中弱信号的频率和幅度； 步骤四：由接收点R。前d米处的栗波发生器发射两列角频率为ω 2和ω 3的栗波 信号，利用三列声波的非线性耦合共振，在声波的传播过程中将栗波的能量转化为弱信号 波的能量；其中三列声波满足三波耦合共振关系，ω1+ω2= ω 3，其中〇^为弱信号频率； 步骤五：根据栗波发生器与接收水听器之间的收发距离d，调整栗波信号的幅度， 使接收水听器与弱信号增强模型的最大增益点位置一致，实现弱信号的最大增强； 步骤六：重复步骤三到步骤六，动态调整栗波波形，得到弱信号的最大增益，实现 对时变弱信号的增强。 本专利技术，还可以包括： 1、弱信号增强的参数模型为： 其中V(x, t) = V1 (X，t)+va(x, t)，X为位移，t为时间，c。为声速，β为介质的非线 性参数，F (V(i3，x，t))为非线性势函数，针对复信号Vl(x，t)，栗波发射系统发射的栗波为 va(x，t) ο 2、弱信号的最大增益为： 其中，Vraf为参考质点振速，|an(0) 12为栗波的初始能量。 有益效果： 本专利技术利用非线性原理，通过栗波扰动介质，增强介质的非线性效应，实现水声信 号的增强，有利于提高声呐系统的检测能力和作用距离；本专利技术利用三列声波的耦合共振 原理，解决了参量接收阵增益过低和非线性效率的问题。本专利技术中对于水声信号的增强不 受基阵尺度的限制，在合适的环境和参数下，实现弱信号的增强；本专利技术的水声信号增强效 果对于信号的初始声压级不敏感，且不存在相同步条件，增强方法具有较强的稳定性。 本专利技术基于介质的非线性因素，通过对声波的传播过程施加影响，使接收阵处水 介质中的弱信号得以增强的一种新的水声弱信号增强技术。【附图说明】 图1水声弱信号增强装置示意图； 图2水声弱信号系统工作流程框图； 图3信号强度随作用距离变化的曲线； 图4声波初始相位差对于信号波增强效果影响的示意图； 图5信号波初始声压级对于其增强效果影响的示意图。【具体实施方式】 下面将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。 本专利技术利用栗波激发水介质中的非线性效应，使接收阵处声场的弱信号在强非线 性介质中得以增强，从而提高接收端信噪比，提高声呐作用距离，提高探测能力和目标识别 准确性，实现对水声弱信号增强作用。 本专利技术解决其技术问题所采用的方案： (1)根据介质非线性声波互作用的特性，利用非线性波动方程建立了弱信号增强 的参数模型。其中栗波的频率、非线性参数以及声波作用距离是影响模型增强效果的主要 因素。 (2)测量介质的非线性参数。 (3)估计声场中弱信号的频率和幅度。 (4)由接收点R。前d米处的栗波发生器发射两列角频率为ω 2和ω 3的栗波信号， 利用三列声波的非线性耦合共振，在声波的传播过程中将栗波的能量转化为弱信号波的能 量。其中三列声波满足三波耦合共振关系，ω 1+ω2= ω 3，其中〇^为弱信号频率。 (5)根据栗波发生器与接收水听器之间的收发距离d，调整栗波信号的幅度，使接 收水听器与弱信号增强模型理论计算的最大增益点位置一致，以实现弱信号的最大增强。 (6)重复步骤（3)，动态调整栗波波形，实现对时变弱信号的增强，增强本专利技术的 鲁棒性。 -种水下声场中的弱信号增强技术，根据介质的非线性参数以及弱信号的幅度、 频率参数动态调整栗波波形，利用栗波激发水介质中的非线性效应，实现弱信号的增强。 栗波波形由弱信号的幅度与接收系统的位置共同决定，利用最佳接收点位置的理 论计算公式，反推栗波幅度。 利用收发闭环，动态调整发射参数，提高弱信号增强效果的鲁棒性。 如图1和图2所示，本专利技术包括以下步骤： 第一步：根据介质当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下声场中的弱信号增强方法，其特征在于：包括以下几个步骤，步骤一：利用非线性波动方程建立弱信号增强的参数模型；步骤二：测量介质的非线性参数；步骤三：估计声场中弱信号的频率和幅度；步骤四：由接收点R0前d米处的泵波发生器发射两列角频率为ω2和ω3的泵波信号，利用三列声波的非线性耦合共振，在声波的传播过程中将泵波的能量转化为弱信号波的能量；其中三列声波满足三波耦合共振关系，ω1+ω2＝ω3，其中ω1为弱信号频率；步骤五：根据泵波发生器与接收水听器之间的收发距离d,调整泵波信号的幅度，使接收水听器与弱信号增强模型的最大增益点位置一致，实现弱信号的最大增强；步骤六：重复步骤三到步骤六，动态调整泵波波形，得到弱信号的最大增益，实现对时变弱信号的增强。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德森，李迪，时洁，时胜国，张昊阳，刘庆，胡诗涌，李洪道，靳仕源，胡博，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23