基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法技术

一种基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，属于浅水低频水面水下目标判决技术领域。本发明专利技术针对现有水听器阵列孔径受限时判决声源深度采用的现有基于模态滤波技术的水面水下深度分辨方法，不能同时兼顾无子空间重叠和模态空间的完整的问题。包括建立声场p(r,z

【技术实现步骤摘要】
基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法


[0001]本专利技术涉及基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，属于浅水低频水面水下目标判决


技术介绍

[0002]基于模态特征的浅水深度判决技术，是水面水下目标分类中的一种重要方法，尤其是在水听器阵列孔径受到限制，无法进行声源深度的高判决估计时。基于模态特征的浅水深度判识技术虽然不能给出目标所处的具体深度，但是可以对目标处于水面还是水下进行判决，在反潜到海洋生物学等方面都有应用。
[0003]由简正波的绝热近似理论可知，对于浅水低频声源，某接收位置的声压可由一系列的简正波叠加表示。简正波受多种环境的影响，而决定简正波各阶模态能量分布的主要是声源和接收位置的深度。Vincent.E Premus基于匹配场处理(Matched Field Processing,MFP)方法对声源定位部分进行简化，进而将声源定位问题变为目标深度判决的二分类问题。根据浅源难以激发低阶模态的特性将模态空间分为陷波子空间和自由子空间，以投影在两个子空间中的能量比作为统计量，对水面和水下目标进行判决。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于包括，设定声源的水下深度为z
s
，在水下深度z
r
处的水平面上通过水听器阵列采集获得与声源z
s
水平距离为r处的声场p(r,z
r
,z
s
)，所述声场p(r,z
r
,z
s
)为关于观测矩阵V与模态幅度矩阵a的表达式；将观测矩阵V分为陷波子空间V0和自由子空间V1；对陷波子空间V0进行奇异值分解，得到线性独立的减秩子空间U0，对自由子空间V1进行奇异值分解，得到线性独立的减秩子空间U1；减秩子空间U0和减秩子空间U1构成矩阵A；对矩阵A进行处理获得正交矩阵β；根据减秩子空间U0和减秩子空间U1的大小，将正交矩阵β划分为空间H和空间S，空间H对应正交化后陷波子空间，空间S对应正交化后自由子空间；计算空间H的投影矩阵P
H
和空间S的投影矩阵P
S
；再计算得到水听器阵列接收信号W投影在空间H的信号能量E
H
和投影在空间S的信号能量E
S
；所述信号能量E
H
为投影在陷波子空间的能量，E
H
+E
S
的和为投影在整个正交模态空间的能量；将投影在陷波子空间的能量与投影在整个正交模态空间的能量做比值得到检测统计量，与选定门限进行对比，若检测统计量大于选定门限，则判定声源为淹没源，否则为表面源。2.根据权利要求1所述的基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于，水下深度z
r
大于水下深度z
s
。3.根据权利要求1或2所述的基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于，声场p(r,z
r
,z
s
)的表达式为：式中X(f)为声场在频率f处的幅度，j为虚数，ρ(z
s
)为声源处水密度，M为声场在环境中传播的模态数，m为模态的序数；为模态m关于深度的模态函数，k
rm
为模态m的水平波数。4.根据权利要求3所述的基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于，模态m的水平波数k
rm
为：式中k为常数，ω为声源信号的角频率，c为声速梯度中的最大声速，ω＝2πf，为模态m的垂直波数。5.根据权利要求4所述的基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于，设定水听器阵列为N元水平阵，在距离声源r1,r2,
…
,r
N
位置对声场进行采样，水听器阵列接收信号W为声场p的向量：W＝Va；r
i
＝r1+(i
‑
1)dcosθ,i＝1,2,
…
,N，式中d为阵元间距，θ为声源与水听器阵列在水平方向夹角；
将观测矩阵V分为陷波子空间V0和自由子空间V1，并且将模态幅度矩阵a分为与陷波子空间V0对应的模态幅度a0和与自由子空间V1对应的模态幅度a1，得到：其中观测矩阵V的列向量v
m
为：式中R为r
i
组成的向量；模态幅度矩阵a为：a＝[a1,a2,
…
,a
M
]
T
,式中κ为常数：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕，朱文博，邹男，王晋晋，邱龙皓，郝宇，张光普，齐滨，王逸林，付进，梁国龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：