用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法技术

本发明专利技术涉及水声技术领域，具体涉及一种用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，包括根据实体接收阵结构确定实体接收阵上各阵元的位置；根据位于水下的实体接收阵上各阵元的位置创建相对应的位于水上的虚拟接收阵；实体接收阵进行目标声源采集接收；对实体接收阵接收到的信号进行分段，创建虚拟接收阵接收信号；对实体接收阵和虚拟接收阵接收到的信号进行波束形成处理；根据处理结果得到目标声源与接收阵间的相对位置。本发明专利技术利用目标声源位置及其水面反射所产生的虚拟声源位置关于水

【技术实现步骤摘要】
用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法


[0001]本专利技术涉及水声
，具体涉及一种用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法。

技术介绍

[0002]随着声纳技术的进步和在军民融合大环境下的应用推广，水下声纳的探测能力在提高的同时，其结构组成也愈发复杂。从单换能器到多换能器，从全向发射到波束形成，声纳发射系统的软、硬件的技术组成也区域多样化。功能提升的同时，也使得在不同的环境中声纳的性能更容易发生变化。首先，声纳换能器的性能本身会随着时间而发生变化，而目前的声纳装备一般以多元基阵为主，声纳工作时需要通过基阵内各阵元互相配合来达到性能要求。在这种情况下，即使各阵元换能器的性能变化很小，阵元换能器性能的变化叠加后可能会造成声纳性能的明显变化。其次，当换能器安装到潜艇上的声纳导流罩内的声基阵架上后，由于其声纳的实际工作环境与理论设计和验收测量环境的不同，将导致设计参数和验收测量参数与实际使用时的性能参数有所不同。此外，受恶劣的海洋环境以及潜艇上安装位置的其它结构等影响，安装到潜艇上的声纳导流罩内的换能器受基阵架及导流罩内部结构的散反射影响；同时，基元经过一段时间后，其声性能将会有所下降，当声纳设备水下声学部件因损坏或失效而更换性能完好的换能器基元后，声纳设备的性能参数也将会发生变化。以上因素对声纳性能的影响都是在声纳设备被安装、使用过一段时间后发生的，这就产生了。
[0003]其中声纳的发射声源级是评价主动声纳性能的重要技术指标，精确校准声纳的发射声源级对我国国防建设、海洋环境开发等方面有着重要意义。根据声学中声源级的定义可知，想要精确的校准发射声源级首先需要精确的测量发射声源与接收换能器(在水声中为标准水听器，后文均使用水听器)间的距离。
[0004]然而在实际测量过程中，经常受到目标声源发射声源级较小、实验水域背景噪声较大的影响，接收阵接收到的信号往往信噪比不足，无法准确定位目标声源的位置，带来较大的测量不确定度分量。
[0005]基于此，做出本申请。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，利用目标声源位置及其水面反射所产生的虚拟声源位置关于水
‑
空气界面对称的特性，通过信号处理的方式将虚拟声源的能量同目标信号折叠，以起到放大目标声源发射声源级的效果，可以有效解决
技术介绍
中“实际测量过程中，接收阵接收到的信号信噪比不足”的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0008]一种用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，包括如下：
[0009]根据实体接收阵结构确定实体接收阵上各阵元的位置；
[0010]根据位于水下的实体接收阵上各阵元的位置创建相对应的位于水上的虚拟接收阵；
[0011]实体接收阵进行目标声源采集接收；
[0012]对实体接收阵接收到的信号进行分段，创建虚拟接收阵接收信号；
[0013]对实体接收阵和虚拟接收阵接收到的信号进行波束形成处理；
[0014]根据处理结果得到目标声源与接收阵间的相对位置。
[0015]作为优选，根据所述对实体接收阵接收到的信号进行分段，创建虚拟接收阵的信号，具体为：在远场条件下，将水
‑
空气分界面看作水平面；位于水下的目标声源通过水
‑
空气分界面反射形成位于水上的虚拟声源；虚拟声源以水
‑
空气分界面为轴线与目标声源轴对称，虚拟接收阵以水
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空气分界面为轴线与实体接收阵轴对称；虚拟接收阵接收目标声源信号和虚拟声源信号，所述目标声源信号是指目标声源产生直达波，所述虚拟声源信号是指目标声源通过水
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空气分界面产生的反射波；虚拟接收阵接收到的信号与实体接收阵接收到的信号相位相反，且虚拟接收阵接、目标声源与虚拟声源的相对位置同接收阵接、目标声源与虚拟声源的相对位置相同，可将虚拟声源折叠至目标声源处提高测量信噪比。
[0016]作为优选，所述虚拟接收阵的阵元个数与实体线列接收阵的阵元相同。
[0017]作为优选，所述虚拟接收阵的阵元接收到的信号由目标声源产生的反射波与直达波组成。
[0018]作为优选，对于虚拟接收阵而言，目标声源产生的反射波要先于直达波到达虚拟接收阵的阵元。
[0019]作为优选，虚拟接收阵的阵元接收到目标声源产生的反射波与直达波间的时间间隔同实体阵元接收到目标声源产生的直达波与反射波间的时间间隔相同。
[0020]作为优选，根据所述对实体接收阵接收到的信号进行分段，创建虚拟接收阵接收信号，具体为：
[0021]首先在只考虑水面反射的情况下，对于实体接收阵M上任意阵元，其接收到的信号s(t)是目标声源产生的声波s0(t)与虚拟声源产生的声波s1(t)之和，
[0022]s(t)＝s0(t)+s1(t)(10)
[0023]其中由于延时与水面反射的影响，可以将s1(t)表示为：
[0024]s1(t)＝
‑
s0(t)*δ(t
‑
Δt)(11)
[0025]将公式(11)带入公式(10)可以得到：
[0026]s(t)＝s0(t)*[δ(t)
‑
δ(t
‑
Δt)](12)
[0027]若此时假设该阵元关于水
‑
空气界面对称位置有一镜像阵元接收到幅值相同但相位相反的信号s'(t)，
[0028]s'(t)＝
‑
s0(t)*[δ(t
‑
Δt)
‑
δ(t)]＝
‑
s(t)(13)
[0029]根据公式(12)可得虚拟接收阵接收信号。
[0030]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0031]本专利技术虚拟接收阵列增幅方法，利用目标声源位置及其水面反射所产生的虚拟声源位置关于水
‑
空气界面对称的特性，通过信号处理的方式将虚拟声源的能量同目标信号
折叠，以起到放大目标声源发射声源级的效果。可以有效解决
技术介绍
中“实际测量过程中，接收阵接收到的信号信噪比不足”的问题。
附图说明
[0032]图1是本实施例中实体接收阵接收信号示意图；
[0033]图2是本实施例中虚拟接收阵和实体接收阵接收信号示意图；
[0034]其中，图1中的S点代表声源位置，S'点代表虚拟声源位置，R1至R6为线列阵M的阵元位置，图2中虚拟接收阵接收到目标声源与虚拟声源的信号恰好与实体线列阵接收到的信号相位相反，且虚拟接收阵接、目标声源与虚拟声源的相对位置同接收阵接、目标声源与虚拟声源的相对位置相同，可以将虚拟声源折叠至目标声源处提高测量信噪比。
具体实施方式
[0035]以下结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式，使本领域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，其特征在于包括如下：根据实体接收阵结构确定实体接收阵上各阵元的位置；根据位于水下的实体接收阵上各阵元的位置创建相对应的位于水上的虚拟接收阵；实体接收阵进行目标声源采集接收；对实体接收阵接收到的信号进行分段，创建虚拟接收阵接收信号；对实体接收阵和虚拟接收阵接收到的信号进行波束形成处理；根据处理结果得到目标声源与接收阵间的相对位置。2.如权利要求1所述的用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，其特征在于：根据所述对实体接收阵接收到的信号进行分段，创建虚拟接收阵的信号，具体为：在远场条件下，将水
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空气分界面看作水平面；位于水下的目标声源通过水
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空气分界面反射形成位于水上的虚拟声源；虚拟声源以水
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空气分界面为轴线与目标声源轴对称，虚拟接收阵以水
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空气分界面为轴线与实体接收阵轴对称；虚拟接收阵接收目标声源信号和虚拟声源信号，所述目标声源信号是指目标声源产生直达波，所述虚拟声源信号是指目标声源通过水
‑
空气分界面产生的反射波；虚拟接收阵接收到的信号与实体接收阵接收到的信号相位相反，且虚拟接收阵接、目标声源与虚拟声源的相对位置同接收阵接、目标声源与虚拟声源的相对位置相同，可将虚拟声源折叠至目标声源处提高测量信噪比。3.如权利要求1所述的用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，其特征在于：所述虚拟接收阵的阵元个数与实体线列接收阵的阵元相同。4.如权利要求1所述的用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，其特征在于：所述虚拟接收阵的阵元接收到的信号由目标声源产生的反射波与直达波组成。5.如权利要求1所述的用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，其特征在于：对于虚拟接收阵而言，目标声源产生的反射波要先于直达波到达虚拟接收阵的阵元。6.如权利要求1所述的用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，其特征在于：虚拟接收阵的阵元接收到目标声源产生的反射波与直达波间的时间间隔同实体阵元接收到目标声源产生的直达波与反射波间的时间间隔相同。7.如权利要求1所述的用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法，其特征在于，根据所述对实体接收阵接收到的信号进行分段，创建虚拟接收阵接收信号，具体为：首先在只考虑水面反射的情况下，对于实体接收阵M上任意阵元，其接收到的信号s(t)是目标声源产生的声波s0(t)与虚拟声源产生的声波s1(t)之和，s(t)＝s0(t)+s1(t)(10)其中由于延时与水面反射的影响，可以将s1(t)表示为：s1(t)＝
‑
s0(t)*δ(t
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Δt)(11)将公式(11)带入公式(10)可以得到：s(t)＝s0(t)*[δ(t)
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δ(t
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Δt)](12)若此时假设该阵元关于水
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空气界面对称位置有一镜像...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟昊阳，刘玉财，易文胜，赵涵，陈毅，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：