柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取方法及装置，以便有效解决柔性拖曳线列阵阵形扰动和水声环境复杂性引起的目标方位迹中断和偏离的问题，提高声纳噪声目标跟踪方位迹的准确性；所述方法包括如下步骤：步骤1：根据柔性拖曳线列阵阵列流形信息和上一帧目标方位，对阵元通道的当前帧数据进行分裂子阵频域波束形成；步骤2：对频域波束形成的输出按处理频带进行目标方位精测；步骤3：利用可变跟踪门对当前帧的目标角度测量值进行关联确认，并对野值进行剔除和校正；步骤4：对多帧目标方位值进行平滑滤波处理，获取稳定连续的目标方位迹。所述装置应用上述方法。本发明专利技术解决了提高声纳噪声目标跟踪方位迹的准确性的技术问题。性的技术问题。性的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取方法及装置


[0001]本专利技术涉及水上方位迹获取
，具体涉及一种柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取方法及装置。

技术介绍

[0002]在被动声纳探测系统中，对噪声目标进行方位测量和跟踪，并获取稳定连续的目标方位迹是最重要的功能之一，其对实现噪声目标的纯方位运动分析和机动听闻具有支撑作用。声纳噪声目标方位迹获取的常规方法主要是首先以上一帧目标方位值为基准进行精确测向，然后根据人工预设的目标跟踪门，将落入跟踪门的当前帧角度测量值与目标进行关联，以此类推，从而获取稳定连续准确的噪声目标方位迹。在刚性声纳基阵的信号处理中，受水声环境复杂性的影响，噪声目标的精确测向不可避免地会产生测向误差，但是在保证一定信噪比条件下，目标方位测量值通常都处于人工预设的跟踪门内，不影响方位迹的连续获取。但是在柔性拖曳线列阵声纳信号处理中，通常还会受阵形扰动的影响，噪声目标的测向误差进一步加大，此时如果预设的跟踪门过小，会导致当前帧的目标方位测量值落在跟踪门外，引起目标方位迹中断，如果预设的跟踪门过大，会导致目标方位测向误差逐帧积累，引起目标方位迹偏离直至失效，从而影响声纳功能的正常使用。
[0003]因此，针对柔性拖曳线列阵声纳的实际应用场合，需要一种能够适应阵形扰动和水声环境复杂性的噪声目标方位迹稳健获取方法及装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取方法及装置，以便有效解决柔性拖曳线列阵阵形扰动和水声环境复杂性引起的目标方位迹中断和偏离的问题，提高声纳噪声目标跟踪方位迹的准确性。
[0005]本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0006]一方面，本专利技术提供一种柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：根据柔性拖曳线列阵阵列流形信息和上一帧目标方位，对阵元通道的当前帧数据进行分裂子阵频域波束形成；
[0008]步骤2：对频域波束形成的输出按处理频带进行目标方位精测；
[0009]步骤3：利用可变跟踪门对当前帧的目标角度测量值进行关联确认，并对野值进行剔除和校正；
[0010]步骤4：对多帧目标方位值进行平滑滤波处理，获取稳定连续的目标方位迹。
[0011]优选的，所述步骤1中，对第T帧的阵元通道接收信号进行分裂子阵频域波束形成包括如下步骤：
[0012]设对第T帧的各阵元通道接收时域波形进行数字采样后，得到各阵元接收的数字信号为x1(m)，
…
，x
n
(m)，
…
，x
N
(m)，n表示阵元序号，N为阵元个数，N取偶数，m＝1,2,
…
,M表
示时域上的离散序号，M表示各阵元每一帧数据的采样点数；对各阵元接收信号进行FFT变换，得到各阵元的频域信号X1(k)，X2(k)，
…
，X
N
(k)，k＝1,2,
…
,K表示频域上的离散序号，K表示处理频带的频点数；
[0013]以靠近拖曳点的第一个阵元为坐标原点、正北向为纵坐标轴正向建立直角坐标系；对处理频带内的各阵元频域信号分别进行前、后两段均匀子阵的波束形成，子阵阵元数为N/2；
[0014]以第一个阵元为参考点，前子阵的权值向量为：
[0015]其中：r
n
＝[x
n
,y
n
]T
，n＝1,2,
…
,N/2表示前子阵中的第n个阵元的位置向量；u
T-1
＝-[sinθ
T-1
,cosθ
T-1
]T
表示第T－1帧的噪声目标信号单位方向向量；θ
T-1
∈[0
°
,360
°
)表示第T－1帧的噪声目标方位值；
[0016]c表示声速；
[0017]f
k
表示第k个处理频点值；
[0018]j表示虚数单位；
[0019]()
T
表示转置；
[0020]利用前子阵权值向量对前子阵接收信号进行频域波束形成处理，公式如下：
[0021]其中：
[0022]()
H
表示共轭转置；
[0023]后子阵的权值向量为：
[0024]其中：r
n
＝[x
n
,y
n
]T
，n＝N/2+1,N/2+2,
…
,N表示后子阵中的第n个阵元的位置向量；
[0025]利用后子阵权值向量对后子阵接收信号进行频域波束形成处理，公式如下：
[0026][0027]优选的，所述步骤2中，对频域波束形成的输出按处理频带进行目标角度精测，包括如下步骤：
[0028]对输出的前、后子阵波束域信号X
F
(k)，X
B
(k)，求解互功率谱，公式如下：
[0029][0030]τ表示目标信号传播经过前、后子阵等效声中心的延时量；
[0031]利用互功率谱求解第k条谱线f
k
对应的相位差，公式如下：
[0032][0033]按照处理频点进行加权，得到目标信号时延估计值，公式如下：
[0034][0035]根据计算得到第T帧的噪声目标估计舷角值，公式如下：
[0036]其中：
[0037]θ
C
∈[0
°
,180
°
)表示频域波束形成指向角度θ
T-1
对应的舷角值，所述舷角值根据拖曳线阵列的航向值和频域波束形成指向方位信息折算得到；
[0038]d表示相邻两个阵元的间距。
[0039]优选的，在步骤3中，利用可变跟踪门对当前帧的目标角度测量值进行关联确认，并对野值进行剔除和校正，得到当前帧目标方位值θ
T
；其中，
[0040]基于第T帧多波束宽带能量积分空间谱，搜索第T－1帧跟踪门角度区域内的能量峰值，将其对应的舷角值作为跟踪门中心，根据相位无模糊条件得到跟踪门门限范围，建立第T帧跟踪门，跟踪门内的目标舷角值应满足以下条件不等式：
[0041][0042]若输出的所述落入第T帧跟踪门，则判定目标舷角测量值与目标关联成功；否则判定为野值，直接将跟踪门中心点舷角值赋值给
[0043]利用第T帧的拖曳线阵列声纳航向值，将目标舷角测量值转化为目标方位测量值θ
T
。
[0044]优选的，在步骤4中，将当前帧之前的P帧目标方位值进行中值滤波，获取稳定连续的目标方位迹。
[0045]另一方面，本专利技术还提供一种柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取装置，包括：
[0046]用于根据柔性拖曳线列阵阵列流形信息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：根据柔性拖曳线列阵阵列流形信息和上一帧目标方位，对阵元通道的当前帧数据进行分裂子阵频域波束形成；步骤2：对频域波束形成的输出按处理频带进行目标方位精测；步骤3：利用可变跟踪门对当前帧的目标角度测量值进行关联确认，并对野值进行剔除和校正；步骤4：对多帧目标方位值进行平滑滤波处理，获取稳定连续的目标方位迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，对第T帧的阵元通道接收信号进行分裂子阵频域波束形成包括如下步骤：设对第T帧的各阵元通道接收时域波形进行数字采样后，得到各阵元接收的数字信号为x1(m)，
…
，x
n
(m)，
…
，x
N
(m)，n表示阵元序号，N为阵元个数，N取偶数，m表示时域上的离散序号，M表示各阵元每一帧数据的采样点数；对各阵元接收信号进行FFT变换，得到各阵元的频域信号X1(k)，X2(k)，
…
，X
N
(k)，k表示频域上的离散序号，K表示处理频带的频点数；以靠近拖曳点的第一个阵元为坐标原点、正北向为纵坐标轴正向建立直角坐标系；对处理频带内的各阵元频域信号分别进行前、后两段均匀子阵的波束形成，子阵阵元数为N/2；以第一个阵元为参考点，前子阵的权值向量为：其中：r
n
＝[x
n
,y
n
]
T
，n＝1,2,
…
,N/2表示前子阵中的第n个阵元的位置向量；u
T-1
＝-[sinθ
T-1
,cosθ
T-1
]
T
表示第T－1帧的噪声目标信号单位方向向量；θ
T-1
∈[0
°
,360
°
)表示第T－1帧的噪声目标方位值；c表示声速；f
k
表示第k个处理频点值；j表示虚数单位；()
T
表示转置；利用前子阵权值向量对前子阵接收信号进行频域波束形成处理，公式如下：其中：()
H
表示共轭转置；后子阵的权值向量为：其中：r
n
＝[x
n
,y
n
]
T
，n＝N/2+1,N/2+2,
…
,N表示后子阵中的第n个阵元的位置向量；利用后子阵权值向量对后子阵接收信号进行频域波束形成处理，公式如下：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，对频域波束形成的输出按处理频带进行目标角度精测，包括如下步骤：对输出的前、后子阵波束域信号X
F
(k)，X
B
(k)，求解互功率谱，公式如下：τ表示目标信号传播经过前、后子阵等效声中心的延时量；利用互功率谱求解第k条谱线f
k
对应的相位差，公式如下：按照处理频点进行加权，得到目标信号时延估计值，公式如下：根据计算得到第T帧的噪声目标估计舷角值，公式如下：其中：θ
C
∈[0
°
,180
°
)表示频域波束形成指向角度θ
T-1
对应的舷角值，所述舷角值根据拖曳线阵列的航向值和频域波束形成指向方位信息折算得到；d表示相邻两个阵元的间距。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤3中，利用可变跟踪门对当前帧的目标角度测量值进行关联确认，并对野值进行剔除和校正，得到当前帧目标方位值θ
T
；其中，基于第T帧多波束宽带能量积分空间谱，搜索第T－1帧跟踪门角度区域内的能量峰值，将其对应的舷角值作为跟踪门中心，根据相位无模糊条件得到跟踪门门限范围，建立第T帧跟踪门，跟踪门内的目标舷角值应满足以下条件不等式：若输出的所述落入第T帧跟踪门，则判定目标舷角测量值与目标关联成功；否则判定为野值，直接将跟踪门中心点舷角值赋值给利用第T帧的拖曳线阵列声纳航向值，将目标舷角测量值转化为目标方位测量值θ
T
。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤4中，将当前帧之前的P帧目标方位值进行中值滤波，获取稳定连续的目标方位迹。6.一种柔性拖曳线列阵声呐噪声目标的方位迹获取装置，其特征在于，包括：用于根据柔性拖曳线列阵阵列流形信息和上一帧目标方位，对阵元通道的当前帧数据进行分裂子阵频域波束形成的装置；
用于对频域波束形成的输出按处理频带进行目标方位精测的装置；用于利用可变跟踪门对当前帧的目标角...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁骏，姜可宇，姚直象，幸高翔，蔡志明，孙晓鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：