水声目标辐射噪声线阵波束输出信号频谱重构方法技术

本发明专利技术提供了一种水声目标辐射噪声线阵波束输出信号频谱重构方法，先通过傅立叶变换将线阵多通道信号变换到频域，然后构建空间方位字典，对选择的频段范围内的各个频点分别构建观测向量，并添加各频点之间的空间响应一致性约束，从而给构建多频点多任务稀疏分解模型，最后利用贝叶斯变分推断估计稀疏分解系数的后验均值，获得包括目标方位在内的所有方位上各个频点上的频谱幅值。本发明专利技术相比于传统的常规波束形成方法，可以更好地恢复辐射噪声信号中的500‑1000Hz的中高频频段的目标频谱。

Frequency spectrum reconstruction method of underwater acoustic target radiated noise linear array beam output signal

【技术实现步骤摘要】
水声目标辐射噪声线阵波束输出信号频谱重构方法
本专利技术涉及信号分析处理领域，可用于线阵采集的水下人造目标辐射信号分析处理领域。本专利技术在做波束形成获得阵列增益的同时，在不同频带空域响应一致性的基础上，通过添加结构化稀疏约束实现不同频点上波束恒定束宽的要求，减少由波束宽度随频率变化引起波束信号失真的影响。相比与传统波束形成方法，本专利技术能够更好地恢复目标辐射噪声的中高频信号成分。
技术介绍
检测水下目标的有无以及分析水下目标特性都离不开声纳水听器阵列采集水下人造目标辐射噪声信号。基于水听器阵列采集的水下人造目标辐射噪声号是往往是宽带信号，而对于固定线阵，其波束宽度随频率增高而变窄，这会导致输出的宽带辐射噪声信号产生失真。要解决这一问题，就需要保证阵列波束具有恒定束宽的特点，因此需要设计恒定束宽波束形成器。而采用优化方法设计宽带恒定束宽波束所需的计算量很大，在实际中的应用仍受到不小限制。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种水声目标辐射噪声线阵波束输出信号频谱重构方法。本专利技术通过结构化稀疏约束实现恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水声目标辐射噪声线阵波束输出信号频谱重构方法，其特征在于包括下述步骤：/n步骤1：假设线阵具有N个阵元，各个阵元通道采集到的时域信号分别为x

【技术特征摘要】
1.一种水声目标辐射噪声线阵波束输出信号频谱重构方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：假设线阵具有N个阵元，各个阵元通道采集到的时域信号分别为x1(n),…,xN(n)，对阵列中各个通道信号x1(n),…,xN(n)进行快速傅立叶FFT变换，得到频域数据xF1(f),xF2(f),…,xFN(f)：



式(1)中，FFT为快速傅立叶变换；
步骤2：用户对于所关注的频段，选取需要处理的信号频段，在步骤1中选择相应频段的频域信号，频率上限nf_h由用户实际需求决定，由于人造目标辐射噪声集中在1000Hz以下，故可选择1000Hz；如果需要关注1000Hz以上的幅度调制谱，则可设置上限频率到3000-4000Hz，具体数值设置需结合水声设备采样频率大小以及用户对于目标辐射噪声信号的先验信息判断；频率下限nf_l结合用户的实际需求进行设定；将选择制定频段内的各个通道频域信号记为x'F1(f),...,x'FN(f)，则有：



步骤3：根据线阵孔径大小、分辨率要求以及实际用户需求，设置入射空间方位角向量θ，长度为ND，然后基于所选择的空间方位角集合，构造空间方位字典Df，Df行数为N，列数为ND，步骤2中选择了NF＝nf_h-nf_l+1个频点，相应的，每一个频点f都对应一个字典Df，共NF个字典，频率点f对应空间方位字典Df表达式如下：



其中，e为自然指数，i为虚数符号，π为圆周率，c为声速，p为N个阵元组成的位置向量，θ为所选择的入射空间方位角向量，T表示转置；
步骤4：对方位字典Df进行归一化：



式(4)中，sqrt表示开方，diag()对矩阵操作表示取矩阵对角线元素构成向量的操作；
步骤5：采用结构化稀疏模型进行建模；
对于步骤2中选取频段内的任一频点f，阵列各个阵元的频域观测向量为Yf＝[xF1(f),xF2(f),…,xFN(f)]，其中xFi(f)为阵列第i个阵元对频点f的观测结果，Yf长度为阵元数目N，方位字典Df的大小为N×ND，Yf经空间方位字典Df的分解系数Xf长度为入射方位角个数ND，对于每个频点，建立以下稀疏分解模型：
Yf＝DfXf(5)
其中，由于目标出现的方位在空间上是稀疏的，因此中大系数元素是稀疏的，因此式(5)为Yf基于空间方位字...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾向阳，陆晨翔，乔彦，杨爽，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61