一種加權(quán)的魯棒性寬帶波束形成目標(biāo)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聲納信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種加權(quán)的魯棒性寬帶波束形成目標(biāo)檢 測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于被動(dòng)聲納不對(duì)外輻射信號(hào)，隱蔽性較強(qiáng)，一直是對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、定位、 跟蹤、識(shí)別重要手段之一。但隨著降噪技術(shù)的不斷提高，被動(dòng)聲納接收數(shù)據(jù)的信噪比隨之在 不斷降低，對(duì)被動(dòng)聲納的性能需求也越來(lái)越嚴(yán)格。被動(dòng)聲納常用的檢測(cè)技術(shù)一一能量累積 檢測(cè)方法，現(xiàn)已不能滿足遠(yuǎn)程目標(biāo)檢測(cè)需求。學(xué)者通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)證明了：水下目標(biāo)輻射噪 聲中含有豐富的單頻分量，特別是在低頻段，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)切割水體產(chǎn)生低頻信號(hào)，一部分 低頻分量直接以加性形式出現(xiàn)在目標(biāo)輻射信號(hào)中，另有部分被船體自身的振動(dòng)調(diào)制到較高 頻帶，線譜譜級(jí)通常比連續(xù)譜平均譜級(jí)高出10~25dB。這為被動(dòng)聲納實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)遠(yuǎn)程探 測(cè)提供一種可能。
[0003] 本發(fā)明依據(jù)水下目標(biāo)輻射噪聲含有高強(qiáng)度穩(wěn)定線譜這一特征，利用目標(biāo)線譜頻率 單元波束形成主副瓣幅值差別比較大，且比較穩(wěn)定；而噪聲頻率單元波束形成主副瓣幅值 差別比較小，且比較隨機(jī)的特點(diǎn)，提出一種基于波束形成主副瓣比加權(quán)的魯棒性寬帶波束 形成目標(biāo)檢測(cè)方法。該方法可以有效抑制背景噪聲能量干擾，增強(qiáng)目標(biāo)檢測(cè)信噪比增益，克 服傳統(tǒng)線譜檢測(cè)四維顯示難點(diǎn)。并通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明方法可以有效地 增強(qiáng)目標(biāo)線譜單元能量、抑制噪聲、提高信噪比，改善能量累積檢測(cè)法在遠(yuǎn)程目標(biāo)檢測(cè)方面 的性能，提高了一般寬帶波束形成魯棒性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于為了能夠得到魯棒性寬帶波束形成方法，通過(guò)現(xiàn)有寬帶波束形 成進(jìn)行相應(yīng)處理來(lái)改變信號(hào)頻率單元和噪聲頻率單元的加權(quán)值，以便抑制背景噪聲能量干 擾，增強(qiáng)目標(biāo)檢測(cè)信噪比增益，克服傳統(tǒng)線譜檢測(cè)四維顯示難點(diǎn)。提高寬帶波束形成魯棒 性，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的檢測(cè)和方位估計(jì)，其包括理論分析、推導(dǎo)和數(shù)值仿真，改善算法和驗(yàn) 證結(jié)果。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種加權(quán)的魯棒性寬帶波束形成目標(biāo)檢 測(cè)方法，包括：
[0006] 步驟1)對(duì)M個(gè)陣元拾取信號(hào)Xm (t)，1彡m彡M，以采樣率fs進(jìn)行采樣得到離散信 號(hào)Xm(nTs)，1彡m彡M，T s為采樣間隔，然后按下式做快速傅里葉變換（FFT);
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種加權(quán)的魯棒性寬帶波束形成目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括： 步驟1)對(duì)M個(gè)陣元拾取信號(hào)Xm(t)，I < m < M，以采樣率fs進(jìn)行采樣得到離散信號(hào) Xm(nTs)，1彡m彡M，Ts為采樣間隔，然后按下式做快速傅里葉變換（FFT);
式中，Ws= 2 π /Ν' T 3是FFT分析中的頻率采樣間隔； 步驟2)基于二階錐優(yōu)化對(duì)各頻率單元的各陣元信號(hào)進(jìn)行最低旁瓣波束形成，得到K個(gè) 空間譜 R(k, Θ」），k = 1，…，K，j = 1，…，L ; 步驟3)對(duì)每個(gè)頻率單元空間譜求取極大值，該極大值中最大值位置為該頻率單元 的主瓣位置，次極大值位置為該頻率單元的副瓣位置，分別記為9^_與Θ kside，k = 1，…，K ; 步驟4)提取各頻率單元主副瓣幅值，然后按下式得到加權(quán)因子， Wk= (R(fk, Q k，main),R(fk，Q k，side) )，I k K 式中，O < α < 10為正常數(shù)； 步驟5)按下式對(duì)各頻率單元空間譜進(jìn)行加權(quán)求和，得到最終空間譜和目標(biāo)方位估計(jì) 值； =
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加權(quán)的魯棒性寬帶波束形成目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在 于，在所述步驟4)中，所述加權(quán)因子中α的值根據(jù)信噪比的需要設(shè)定。
3. -種加權(quán)的魯棒性寬帶波束形成目標(biāo)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括： 傅里葉變換單元，對(duì)M個(gè)陣元拾取信號(hào)Xm (t)，I < m < M，以采樣率fs進(jìn)行采樣得到離 散信號(hào)xm(nTs)，1彡m彡M，Ts為采樣間隔，然后按下式做快速傅里葉變換（FFT);
式中，Ws= 2 π /Ν' T 3是FFT分析中的頻率采樣間隔； 旁瓣波束形成單元，基于二階錐優(yōu)化對(duì)各頻率單元的各陣元信號(hào)進(jìn)行最低旁瓣波束形 成，得到K個(gè)空間譜R(k, Θ j)，k = 1，…，K，j = 1，…，L ; 極大值求取單元，對(duì)每個(gè)頻率單元空間譜求取極大值，該極大值中最大值位置為該頻 率單元的主瓣位置，次極大值位置為該頻率單元的副瓣位置，分別記為0^_與Θ k，side，k =1，...，κ; 提取單元，提取各頻率單元主副瓣幅值，然后按下式得到加權(quán)因子， Wk= (R(fk, Q k，main),R(fk，Q k，side) )，I k K 式中，0 < α < 10為正常數(shù)； 加權(quán)求和單元，對(duì)各頻率單元空間譜進(jìn)行加權(quán)求和，得到最終空間譜和目標(biāo)方位估計(jì) 值，
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種加權(quán)的魯棒性寬帶波束形成目標(biāo)檢測(cè)方法，包括理論分析、推導(dǎo)和數(shù)值仿真、改善算法和結(jié)果驗(yàn)證。依據(jù)水下目標(biāo)輻射噪聲含有高強(qiáng)度穩(wěn)定線譜這一特征，利用目標(biāo)線譜頻率單元波束形成主副瓣幅值差別比較大，且比較穩(wěn)定；而噪聲頻率單元波束形成主副瓣幅值差別比較小，且比較隨機(jī)的特點(diǎn)。首先用二階錐優(yōu)化各頻帶波束形成，得到低旁瓣高增益波束形成；其次利用各頻率單元波束形成主副瓣差異形成加權(quán)因子；然后利用加權(quán)因子對(duì)各頻率單元波束形成進(jìn)行加權(quán)統(tǒng)計(jì)，可以抑制背景噪聲能量干擾，增強(qiáng)目標(biāo)檢測(cè)信噪比增益，克服傳統(tǒng)線譜檢測(cè)四維顯示難點(diǎn)，改善能量累積檢測(cè)法在遠(yuǎn)程目標(biāo)檢測(cè)方面的性能，提高了一般寬帶波束形成魯棒性。
【IPC分類】G01S7-537
【公開(kāi)號(hào)】CN104656074
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410833706
【發(fā)明人】鄭恩明, 陳新華, 余華兵, 李媛, 孫長(zhǎng)瑜
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日