一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法技术

本申请公开了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法，涉及被动定位技术领域，该方法利用双线阵结构的接收阵列结合聚焦波束形成得到声源分布图，相比于常规的采用单线阵结构的做法可以提高左右舷辨别能力，提高定位精度，且得到的声源分布图并不直接用于定位，而是与根据接收阵列的阵型参数计算得到的近场指向性函数进行反卷积运算后，最终得到声源定位结果，又进一步提高了定位精度和准确度，分辨力更高，旁瓣更低，且有更好的弱目标分辨能力。辨能力。辨能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法


[0001]本申请涉及被动定位
，尤其是一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。

技术介绍

[0002]减震降噪一直是水声领域研究的热点问题，常用的噪声源测量方法有时域分析法(即利用自相关函数的特性分离出隐藏在噪声内的周期分量)、频域分析法、时频分析、小波分析、声强测量法、声全息技术和波束形成法。各种噪声识别方法适用于不同的距离和频率，各有其优缺点。
[0003]聚焦波束形成技术是波束形成法进行噪声识别的典型技术，聚焦波束形成技术是一种主要针对近场目标的高精度被动定位算法，利用聚焦波束形成算法可以在测量区内不同方位和距离对单线阵的接收信号进行球面波补偿，从而给出目标分布的声源分布图，实现被动定位，但是这种做法的定位精度较低。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法，本申请的技术方案如下：
[0005]一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法，该方法包括：
[0006]根据接收阵列的阵型参数计算得到接收阵列的近场指向性函数，近场指向性函数指示接收阵列对不同空间位置的声波的响应，接收阵列为双线阵结构、包括平行间隔设置的两个单线阵；
[0007]对接收阵列获取到的接收信号结合聚焦波束形成得到声源分布图，声源分布图指示不同空间位置的声波输出；
[0008]对声源分布图和接收阵列的近场指向性函数进行反卷积运算，得到声源定位结果。/>[0009]其进一步的技术方案为，计算得到接收阵列的近场指向性函数与声源的空间位置对应，对应于不同空间位置的声源的近场指向性函数的函数形状不同，接收阵列的近场指向性函数为移变函数。
[0010]其进一步的技术方案为，对声源分布图和接收阵列的近场指向性函数进行反卷积运算的方法包括：
[0011]利用二维扩展RL算法对声源分布图接收阵列的近场指向性函数进行反卷积运算。
[0012]其进一步的技术方案为，利用二维扩展RL算法得到声源定位结果的方法包括：
[0013]按照进行迭代求解，直至达到迭代终止条件时，将第r+1次迭代求解得到的声源定位结果q
(r+1)
(x,y)作为声源定位结果；
[0014]其中，q
(r)
(x,y)是第r次迭代求解得到的声源定位结果，表示声源和扫描点所在的声图扫描平面上任意(ξ,η)处的归一化的声波输出且B(ξ,η)是声源分布图中位于声图扫描平面上(ξ,η)处的声波输出，p(ξ,η|x,y)是声图扫描平面上(ξ,η)处的近场指向性函数，是声图扫描平面上(ξ,η)处的归一化的近场指向性函数且
[0015]其进一步的技术方案为，当达到预定迭代次数时，或者第r+1次迭代求解得到的声源定位结果q
(r+1)
(x,y)与第r次迭代求解得到的声源定位结果q
(r)
(x,y)之间的误差小于误差阈值时，确定达到迭代终止条件。
[0016]其进一步的技术方案为，在计算接收阵列的近场指向性函数时，使用到的接收阵列的阵型参数包括接收阵列中阵元的数量，以及各个阵元的空间位置坐标。
[0017]其进一步的技术方案为，计算接收阵列与任意空间位置(x0,y0,z0)处的声源s0(t)对应的近场指向性函数的方法包括：
[0018]根据接收阵列中各个阵元的空间位置、分别将接收阵列的各个阵元接收到的声源s0(t)的信号按照扫描点的空间位置进行球面波相位补偿、得到扫描点处的补偿输出，将各个阵元在扫描点处的补偿输出进行加权求和，得到接收阵列对扫描点处的声波的响应；分别得到接收阵列对声图扫描平面上不同空间位置的扫描点处的声源的聚焦效果，得到近场指向性函数，声源和扫描点位于同一声图扫描平面。
[0019]其进一步的技术方案为，得到的接收阵列的近场指向性函数指示的对任意扫描点处的声波的响应为：
[0020][0021]其中，接收阵列中第一单线阵包含N1个间隔设置的阵元、第二单线阵包含N2个间隔设置的阵元，A
n1
是第一单线阵中第n1个阵元接收的声源s0(t)的信号幅度，A
n2
是第二单线阵中第n2个阵元接收的声源s0(t)的信号幅度，d
n1
是空间位置(x0,y0,z0)处的声源s0(t)到第一单线阵中第n1个阵元之间的距离，d
n2
是空间位置(x0,y0,z0)处的声源s0(t)到第二单线阵中第n2个阵元之间的距离，d
′
n1
是扫描点到第一单线阵中第n1个阵元之间的距离，d
′
n2
是扫描点到第二单线阵中第n2个阵元之间的距离，c表示声速。
[0022]其进一步的技术方案为，得到声源分布图的方法包括：
[0023]根据接收阵列中各个阵元的空间位置、分别将接收阵列的各个阵元的接收信号按照扫描点的空间位置进行球面波相位补偿、得到扫描点处的补偿输出，将各个阵元在扫描点处的补偿输出进行加权求和，得到扫描点处的声波输出，分别得到声图扫描平面上各个扫描点处的声波输出，得到声源分布图，声源和扫描点位于同一声图扫描平面。
[0024]其进一步的技术方案为，得到的声源分布图中任意扫描点处的声波输出为：
[0025][0026]其中，接收阵列中第一单线阵包含N1个间隔设置的阵元、第二单线阵包含N2个间隔设置的阵元，A
n1,i
是第一单线阵中第n1个阵元接收到的第i个声源s
i
(t)的信号幅度，A
n2,i
是第二单线阵中第n2个阵元接收到的第i个声源s
i
(t)的信号幅度，i∈[1,I]，I是包含的声源的数量，各个声源分别位于不同的空间位置处且具有不同的声源信号；d
n1
是空间位置(x
i
,y
i
,z
i
,)处的声源s
i
(t)到第一单线阵中第n1个阵元之间的距离，d
n2
是空间位置(x
i
,y
i
,z
i
,)处的声源s
i
(t)到第二单线阵中第n2个阵元之间的距离，d
′
n1
是扫描点到第一单线阵中第n1个阵元之间的距离，d
′
n2
是扫描点到第二单线阵中第n2个阵元之间的距离，c表示声速。
[0027]本申请的有益技术效果是：
[0028]本申请公开了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法，该方法利用双线阵结构的接收阵列结合聚焦波束形成得到声源分布图，相比于常规的采用单线阵结构的做法可以提高左右舷辨别能力，提高定位精度，且得到的声源分布图并不直接用于定位，而是与接收阵列的近场指向性函数进行反卷积运算后得到声源定位结果，又进一步提高了定位精度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法，其特征在于，所述方法包括：根据接收阵列的阵型参数计算得到所述接收阵列的近场指向性函数，所述近场指向性函数指示所述接收阵列对不同空间位置的声波的响应，所述接收阵列为双线阵结构、包括平行间隔设置的两个单线阵；对所述接收阵列获取到的接收信号结合聚焦波束形成得到声源分布图，所述声源分布图指示不同空间位置的声波输出；对所述声源分布图和所述接收阵列的近场指向性函数进行反卷积运算，得到声源定位结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算得到所述接收阵列的近场指向性函数与声源的空间位置对应，对应于不同空间位置的声源的近场指向性函数的函数形状不同，所述接收阵列的近场指向性函数为移变函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述声源分布图和所述接收阵列的近场指向性函数进行反卷积运算的方法包括：利用二维扩展RL算法对所述声源分布图所述接收阵列的近场指向性函数进行反卷积运算。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用二维扩展RL算法得到声源定位结果的方法包括：按照进行迭代求解，直至达到迭代终止条件时，将第r+1次迭代求解得到的声源定位结果q
(r+1)
(x,y)作为所述声源定位结果；其中，q
(r)
(x,y)是第r次迭代求解得到的声源定位结果，表示声源和扫描点所在的声图扫描平面上任意(ξ,η)处的归一化的声波输出且B(ξ,η)是所述声源分布图中位于所述声图扫描平面上(ξ,η)处的声波输出，p(ξ,ηx,y)是所述声图扫描平面上(ξ,η)处的近场指向性函数，是所述声图扫描平面上(ξ,η)处的归一化的近场指向性函数且5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当达到预定迭代次数时，或者第r+1次迭代求解得到的声源定位结果q
(r+1)
(x,y)与第r次迭代求解得到的声源定位结果q
(r)
(x,y)之间的误差小于误差阈值时，确定达到迭代终止条件。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算所述接收阵列的近场指向性函数
时，使用到的所述接收阵列的阵型参数包括所述接收阵列中阵元的数量，以及各个阵元的空间位置坐标。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述接收阵列与任意空间位置(x0,y0,z0)处的声源s0(t)对应的近场指向性函数的方法包括：根据所述接收阵列中各个阵元的空间位置、分别将所述接收阵列的各个阵元接收到的声源s0(t)的信号按照扫描点的空间位置进行球面波相位补偿、得到所述扫描点处的补偿输出，将各个阵元在扫描点处的补偿输出进行加权求和，得到所述接收阵列对所述扫描点处的声波的响应；分别得到所述接收阵列对所述声图扫描平面上不同空间位置的扫描点处的声源的聚焦效果，得到所述近场指向性函数，声源和扫描点位于同一声图扫描平面。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：马超，陈奕宏，李亮，白亚强，刘磊，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：