一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法及系統的製作方法
2023-06-04 10:31:38
一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法及系統，所述方法包含：步驟101)構造接收模型，拖線陣運動時接收目標信號並採樣；步驟102)基於接收模型，在拖線陣相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子，並採用線性擬合進行相位估計修正得到未重疊陣元的相位相關因子；步驟103)以拖線陣聲納採樣時第1次快拍為基準，利用擬合得到未重疊陣元的相關因子對第2次測量時各陣元的快拍輸出進行相位修正補償；步驟104)重複上述兩個步驟，直至將各次測量的接收信號的所有快拍陣列的輸出依次進行補償，得到擴展的虛擬陣列的輸出結果；步驟105)將得到擴展的虛擬陣列的輸出進行相干累加，實現對目標信號的檢測。
【專利說明】一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及水聲被動聲納信號檢測方法和拖線陣被動合成孔徑聲納(PassiveSynthetic Aperture Sonar, PSAS)技術用於目標信號檢測算法,尤其涉及一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002]海洋開發和利用實際需求成為推動聲納技術發展的主要動力，近年來，被動聲納系統對低噪聲目標的檢測變得越來越重要，且越來越困難，其檢測能力隨著安靜型目標的出現和迅猛發展而受到嚴重挑戰。隨著現代化高技術下對海戰要求的不斷提高，基於被動合成孔徑技術的拖線陣聲納的研究成為水聲信號處理領域的研究熱點問題。拖曳線列陣聲納廣泛用於水下目標特性的測量，將小孔徑陣列合成虛擬大孔徑陣列為解決低頻信號大孔徑聲納系統的實現提供了有效途徑。被動合成孔徑聲納正是通過拖曳線列陣運動合成得到比實際孔徑大得多的合成孔徑陣列，依靠短陣的機動突破陣列孔徑的限制，獲得更高的增益和更高的方位分辨力。依據水下艦船等目標特性分析得知螺旋槳的槳葉切割海水產生單頻信號分量等線譜成分為合成一個比物理孔徑大得多的有效孔徑提供了可能，被動合成孔徑聲納技術實現方法為在陣列相繼兩次運動時，對空間位置上重疊部分的水聽器接收信號做互相關平均，作為未重疊水聽器接收信號的相位修正因子，將此相位修正因子用於運動陣相繼位置上的波束輸出的相干組合可得到擴展的拖線陣等效長度。被動合成孔徑聲納通常以拖線陣聲納載體勻速直線運動的方式相對與目標運動，由於實際水下複雜環境下介質和路徑擾動引起的陣列移動偏差，及海浪、潮汐、風等因素的影響，聲納載體會產生航跡偏差及運動不規則性，即陣列勻速直線運動的假設不成立，從而導致孔徑合成處理增益的損失和檢測性能的下降。一般需要分析偏離勻速直線航跡的效應，進而採取措施以克服因聲納載體運動的不規則性給孔徑合成帶來的增益損失，被動合成孔徑相位估計修正方法對運動拖線陣陣列偏航誤差進行補償，提高了方位估計精度，進而能夠實現對水下目標的有效檢測。而現有技術並沒有任何有關如何克服由於聲納載體運動的不規則性給孔徑合成帶來的增益損失的問題進行的處理的技術手段。
[0003]拖線陣相對於目標以確定性規律運動是被動合成孔徑聲納的基礎，現有技術的被動合成孔徑聲納算法一般用於理想情況下目標信號的檢測和分辨，考慮水聲信道等複雜因素影響，實際應用中拖線陣維持恆定速度及航向並保證勻速直線運動等難以滿足，不具有可行性、通用性及實用性，因此現有技術的用於被動合成孔徑聲納常規信號檢測和分辨方法不能在工程合理得到應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於，為克服現有技術的被動合成孔徑聲納算法一般用於理想情況下目標信號的檢測和分辨帶來的問題和缺陷，本發明提供了一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法及系統。[0005]為實現上述目的本發明提供了一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法，用於當拖線陣運動規則或不規則導致拖線陣聲納載體偏離航跡時對水下弱目標信號進行有效檢測，所述方法包含:
[0006]步驟101)構造拖線陣運動時對待檢測目標信號進行聲場空間採樣的接收模型，拖線陣陣列開始運動並同時接收來自於待測水下目標的信號對所接收的信號進行空間採樣；
[0007]步驟102)基於所述接收模型，在拖線陣相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子，並採用線性擬合進行相位估計修正得到未重疊陣元的相位相關因子；
[0008]步驟103)以拖線陣聲納採樣時第I次快拍為基準，利用步驟102)擬合得到未重疊陣元的相關因子對第2次測量時各陣元的快拍輸出進行相位修正補償；
[0009]步驟104)重複步驟102)和步驟103)，依據所述接收信號模型，直至將聲場採樣空間上各次測量的接收信號的所有快拍陣列的輸出依次進行補償，得到擴展的虛擬陣列的輸出結果；
[0010]步驟105)將步驟104)得到擴展的虛擬陣列的輸出進行相干累加，得到目標波束對應方位，實現對目標信號的檢測；
[0011]其中，所述接收模型為:由拖纜連接的若干個等間距的各向同性線列陣，該線列陣作勻速直線運動，以某一時刻第I號陣元接收到的待測目標信號為基準，其它陣元相對於I號陣元接收具有特定的傳播時延，運動一定時間間隔(後，再次對待測目標信號進行接收處理，其它陣元相對於I號陣元接收具有特定的傳播時延，以此拖線陣運動並按固定的時間間隔對待測信號進行接收，構建接收信號模型。
[0012]上述技術方案中，所述步驟102)進一步包含:
[0013]步驟102-1)採用ETAM算法利用拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子；
[0014]步驟102-2)對相鄰兩次各重疊陣元的相位相關因子進行相位估計線性擬合，經修正得到其它未重疊陣元的相位相關因子。
[0015]上述技術方案中，所述步驟102-2)利用最小二乘法進行相位估計線性擬合。
[0016]所述步驟102-2)具體為:
[0017]假設拖線陣聲納相鄰兩次快拍時的陣列運動保持均勻線列陣時，相鄰兩次快拍重疊陣元個數為「Ν-q」，當採用孔徑合成求相位相關因子時均以前一次快拍陣列所在位置為基準，各重疊陣元的相位相關因子為Ψρ，利用線性擬合方法對各Ψρ作形如V=m+n*k擬合，通過將其重疊的N-q個相位相關因子代入il/=m+n*k得到方程組，求解對應的方程組，根據方程組對其它未重疊q個陣元的相位相關因子分別計算，繼而對第2次快拍陣列輸出信號作相位補償，並依次對其它快拍進行相位修正補償處理；
[0018]其中，p=l, 2，..., N-q ；p = N-q+1, N-q+2,..., N ;所述線性擬合方法包含最小二乘法。
[0019]上述技術方案中，所述步驟105)進一步包含:
[0020]步驟105-1)依據步驟104)對各次測量的接收信號輸出依次進行補償得到擴展陣元數據進行相干累加，得到整個虛擬陣列的輸出；[0021]步驟105-2)將整個虛擬陣列的輸出採用波束形成等技術進行處理，結合各時間段的信號進行處理獲得時間方位歷程圖；
[0022]步驟105-3)再對時間方位歷程圖波束輸出進行檢測，得到目標波束對應方位，具體為:將不同頻帶內目標波束對應的檢測方位進行記錄，將各頻帶內存儲的方位進行二次擬合，根據計算結果計算方位估計方差，將計算的方位估計方差與設定的檢測方差門限進行比較，若小於門限，則檢測到的水聲目標信號結果屬實，接收到水下目標信號確實含有水聲目標信號，否則檢測結果為虛警，接收到的信號中不含目標信號，繼而完成對目標信號的檢測。
[0023]其中，上述技術方案中時間方位歷程圖觀測是水聲信號檢測中常用方法，無需贅述，簡要描述如下:時間方位歷程圖通過對連續的採樣數據進行短時傅立葉變換而構成，將原始信號的米樣序列進行分巾貞處理(如分為100巾貞,每巾貞2000個點)，巾貞間相互重疊50%,分別對各幀信號進行波束形成處理，得到各幀對應目標方位，將各幀的時間聯合即得到時間方位歷程圖，即採用一張時間方位歷程圖可以讀出目標所在方位，將其方位記錄進行後續擬合處理及門限判別，可以實現對目標信號的有效檢測。
[0024]基於上述方法，本發明還提供了一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測系統，其特徵在於，所述系統包含:
[0025]接受模型構建模塊，用於構造拖線陣運動時對待檢測的目標信號進行聲場空間採樣的接收模型；
[0026]相位相關因子獲取模塊，用於基於所述接收模型，當拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子，並採用線性擬合進行相位估計修正得到未重疊陣元的相位相關因子；
[0027]第一相位修正補償模塊，用於以拖線陣聲納採樣時第I次陣列輸出為基準，利用擬合得到未重疊陣元的相關因子對第2次測量時各陣元的輸出進行相位修正補償；重複上述相位修正補償方法，依據所述接收信號模型，直至將聲場採樣空間上各次測量的接收信號輸出依次進行補償；和
[0028]目標信號檢測結果判決模塊，用於將補償後得到擴展陣元數據組成的虛擬陣列輸出進行相干累加，採用波束形成等技術得到目標波束對應方位，實現對目標信號的檢測。
[0029]上述技術方案中，所述相位相關因子獲取模塊進一步包含:
[0030]重疊陣元相位相關因子確定子模塊，用於採用ETAM算法利用拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子；和
[0031]未重疊陣元相位相關因子確定子模塊，用於對相鄰兩次各重疊陣元的相位相關因子進行相位估計線性擬合，經修正得到其它未重疊陣元的相位相關因子。
[0032]上述技術方案中，所述未重疊陣元相位相關因子確定子模塊利用最小二乘法進行相位估計線性擬合。
[0033]上述技術方案中，所述目標信號檢測結果判決模塊進一步包含:
[0034]虛擬陣列輸出模塊，用於依據各次測量的接收信號輸出依次進行補償得到擴展陣元數據進行相干累加，得到整個虛擬陣列的輸出；
[0035]方位歷程圖獲取模塊，用於將整個虛擬陣列的輸出採用波束形成等技術進行處理，結合各時間段的信號進行處理獲得時間方位歷程圖；和[0036]目標結果判決模塊，用於對時間方位歷程圖波束輸出進行檢測，得到目標波束對應方位，具體為:將不同頻帶內目標波束對應的檢測方位進行記錄，將各頻帶內存儲的方位進行二次擬合，根據計算結果計算方位估計方差，將計算的方位估計方差與設定的檢測方差門限進行比較，若小於門限，則檢測到的水聲目標信號結果屬實，接收到水下目標信號確實含有水聲目標信號，否則檢測結果為虛警，接收到的信號中不含目標信號，繼而完成對目標信號的檢測。
[0037]總之，本發明的技術方案結合被動聲納拖曳線列陣能夠應用較短的基陣獲得幾倍到幾十倍的實際物理孔徑陣的增益和分辨力，實現對水下弱目標信號的有效檢測，充分考慮海浪、潮汐、風等因素的水聲環境對拖線陣聲納載體的影響，並使得被動合成孔徑技術有效應用到工程實際中，即本發明提供了一種用於被動合成孔徑陣列偏航時的相位修正方法。
[0038]綜上所述，本發明提出一種基於被動合成孔徑運動拖線陣陣列偏航的相位估計修正方法，該方法解決由於拖線陣聲納載體在海浪、潮汐、海流、風等因素的影響下航跡偏差及運動不規則性而對孔徑合成帶來的處理增益損失和檢測性能下降。被動合成孔徑相位估計修正方法對運動拖線陣陣列偏航誤差進行了補償，提高了方位估計精度，從而能夠實現對水下目標的有效檢測。所述的方案包括拖線陣聲納載體對水下目標接收信號模型的構建，所述運動拖線陣陣列偏航的被動合成孔徑相位修正方法充分考慮水聲環境的影響，陣列對信號接收時不用保持拖曳直線陣，不用考慮相鄰兩次快拍各陣元相互完全重疊。
[0039]與現有技術相比，本發明所提出的一種基於被動合成孔徑運動拖線陣陣列偏航的相位估計修正方法具有以下優點:
[0040]一方面，該方法不用知道信號源的方位角、確切頻率和準確的拖曳陣速度，通過相位估計擬合修正能夠得到虛擬陣列接收數據，採用常規波束形成等技術對虛擬陣列的輸出進行相關累加可以得到大孔徑陣列的波束輸出；通過時間延遲及空間位置移動可獲得相位修正補償因子，被動合成孔徑算法應用於信號檢測不受孔徑位置的約束限制，在波束域代替其在陣元域上進行相位修正，直接用於相位修正補償；
[0041]另一方面，充分考慮拖線陣聲納載體在實際存在海浪、潮汐、風等因素的水聲環境下航跡偏差，無需確保陣列對信號接收時聲納載體作勻速直線運動，不用保持拖曳直線陣，不用陣元位置完全重合，結合陣列運動的接收信號模型構建對信號形成、陣元移動接收等作清晰認識，更加明確被動合成孔徑的合成陣列接收信號形成及相位修正補償方法；
[0042]最後，由於採用線性擬合相位估計修正前後方位譜更逼近與理想無航跡偏差情況下方位譜的輸出，修正後被動合成孔徑算法在複雜水聲環境下對水下弱目標信號檢測能力更優異，檢測效果更佳，速度較快，即應用較短的基陣獲得幾倍到幾十倍的實際物理孔徑陣的增益和分辨力，綜合提高對水下遠距離、安靜型弱目標信號的檢測能力，發明針對於本專業領域內的普通技術人員，均可予以實現，具有一定的工程實用性，此外本發明的方法在陣列在未偏航時也適用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043]圖1是本發明利用拖曳線列陣聲納運動下對目標信號的接收模型構建的簡圖；
[0044]圖2是本發明的運動拖線陣陣列存在偏航示意圖，分別作出相鄰兩次接收時理想情況及陣列存在偏航情況下虛擬陣列合成示意圖；
[0045]圖3是運動拖線陣陣列偏航下被動合成孔徑相位估計修正方法流程圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和具體實施例，詳細闡述此方法在拖線陣陣列偏航時相位估計修正補償的工作流程。
[0047]本發明提出一種基於被動合成孔徑運動拖線陣陣列偏航的相位估計修正方法，解決由於拖線陣聲納載體在海浪、潮汐、海流、風等因素的影響下航跡偏差及運動不規則性而對孔徑合成帶來的處理增益損失和檢測性能下降。被動合成孔徑相位估計修正方法對運動拖線陣陣列偏航誤差進行了補償，提高了方位估計精度，從而能夠實現對水下目標的有效檢測。本發明包括拖線陣聲納載體對水下目標接收信號模型的構建，運動拖線陣陣列偏航的被動合成孔徑相位修正方法充分考慮水聲環境的影響，陣列對信號接收時不用保持拖曳直線陣，不用考慮相鄰兩次快拍各陣元相互完全重疊，在複雜水聲環境下對水下弱目標信號的檢測能力優異，速度較快，具有一定的工程實用性。
[0048]為了實現上述目的，本發明提供了一種被動合成孔徑運動拖線陣陣列偏航的相位估計修正方法，其特徵在於綜合考慮實際水聲複雜水聲環境中拖線陣運動不規則導致拖線陣聲納載體偏離航跡及運動產生不規則性，能夠對水下弱目標信號進行有效檢測，所述方法包含如下步驟:
[0049]步驟(I)以水下艦船等目標輻射噪聲特性分析為基礎構造拖線陣運動下對目標信號進行聲場空間採樣的接收模型；
[0050]步驟(2)在構建信號接收模型的基礎上，按常規被動合成孔徑聲納算法利用拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊相關因子，並採用線性擬合進行相位估計修正得到未重疊陣元的相位相關因子；
[0051]步驟(3)以拖線陣聲納採樣時第I次陣列輸出為基準，利用步驟(2)擬合得到未重疊陣元的相關因子對第2次測量時各陣元的輸出進行相位修正補償；
[0052]步驟(4)重複步驟步驟(2)和步驟(3)，按拖線陣移動下接收信號模型，直至將聲場採樣空間上各次測量的接收信號輸出依次進行補償；
[0053]步驟(5)將步驟(4)中補償後得到擴展陣元數據組成的虛擬陣列輸出進行相干累力口，採用波束形成等技術得到目標波束對應方位，實現對目標信號的有效檢測。
[0054]上述技術方案中，所述步驟(2)和步驟(3)充分考慮線列陣接收信號由於陣列存在不同的偏航時按照常規被動合成孔徑聲納ETAM算法利用拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動計算相鄰兩次快拍各重疊相關因子，將各重疊陣元的相位相關因子均值作為陣列的相補償存有誤差，採用步驟(2)中計算得到的各重疊相關因子均值作相位補償的方法顯然不合理，因此利用最小二乘法進行相位估計線性擬合，經修正得到其它未重疊陣元的相位相關因子。由於相鄰兩次快拍的各重疊陣元的相位相關因子近似服從線性分布，擬合修正後方位譜更逼近與理想情況無航跡偏差情況下的方位譜輸出，此修正方法避免由於陣元位置移動偏差引起偏航誤差對檢測性能的影響。
[0055]上述技術方案中，所述步驟(I)進一步包含對水下艦船噪聲的分析及拖線陣運動下對目標信號進行聲場空間採樣的接收模型的構建:其中分析艦船噪聲特性不僅為水下螺旋槳切割形成線譜信號的被動合成孔徑技術奠定基礎，而且為後續信號檢測處理中對拖船噪聲抵消等技術提供理論參考；陣列移動信號模型構建對信號形成、陣元移動接收等作清晰認識，為被動合成孔徑的合成陣列接收信號分析、計算相鄰兩次快拍各重疊相關因子及相位補償指明思路。
[0056]船體的機械噪聲、螺旋槳噪聲以及水動力噪聲是艦船噪聲的三種主要來源，其中機械噪聲和螺旋槳噪聲是艦船噪聲的主要聲源。機械噪聲是航行或行業艦船上的各種機械振動，通過船體向水中輻射而形成的噪聲，由於各種機械運動形式的不同，其產生的水下輻射噪聲性質也就不同，此噪聲可以看成是強線譜和弱連續譜的迭加；螺旋槳噪聲是由旋轉著的螺旋槳所輻射的噪聲，包括螺旋槳空化噪聲和螺旋槳葉片振動所產生的噪聲，往往是艦船輻射噪聲高頻段的主要部分；水動力噪聲由不規則的、起伏的海流流過運動船隻表面而形成，是水流動力作用於艦船的結果，在強度方面一般被機械噪聲和螺旋槳噪聲所掩蓋。
[0057]水下艦輻射噪聲譜特性與頻率、航速、深度有關，低航速時譜的低頻端主要為機械噪聲和螺旋槳葉片速率譜線，隨著頻率增高，該譜線不規則地降低；航速較高時螺旋槳空化噪聲的連續譜更為重要，掩蓋了很多線譜。艦船輻射噪聲信號的總的功率譜可以寫成寬帶連續譜與線譜的和:
[0058]G (t, f) =Gs (f) +Gl (f) +2m (t) m (f) Gs (f)
[0059]式中Gs(f)表示平穩連續功率譜，Gl(f)表示線譜部分,〗!!^!:)!]!^#^;^表示非平穩時變譜，m(t)和m(f)分別為調製函數和調製深度譜。對於艦船輻射噪聲而言，給定的航速和深度下，譜的主要成分與臨界頻率有關，通常的艦船臨界頻率約在100-?000Ηζ之間，低於此頻率時,譜的 主要成分時船的機械和螺旋槳的線譜,高於此頻率時,譜的主要成分則是螺旋槳空化的連續噪聲譜。依據研究表明，艦船輻射噪聲的頻域特性是寬帶連續譜與窄帶線譜的迭加，窄帶譜線主要集中在IkHz以下，而寬帶連續譜則覆蓋了多個倍頻程。
[0060]實際測量中被動合成孔徑聲納感興趣信號是目標輻射噪聲的穩定線譜成分，考慮接收陣元組成的運動陣列實現對單頻(線譜)信號的檢測。圖1(見【專利附圖】
【附圖說明】)為利用拖曳線列陣聲納運動下對水下目標的輻射噪聲進行檢測的簡圖，艦船或被測目標經過水平線列陣時，對噪聲信號進行採樣，完成對噪聲源的檢測。對於N個等間距為d的各向同性線列陣，基陣做勻速直線運動，速度為V。Wt = O時刻第I陣元接收到艦船輻射噪聲信號為參考標準，第2個陣元相對於第I陣元傳播時延為Λ τ，則第η陣元接收到信號為
[0061]xn(ti) =Aexp [j2 π f (ti τ η)] + ξ Jti)
[0062]以速度V運動τ秒後，第η陣元接收到信號為
[0063]xn(t^ τ ) =Aexp [j2 n f Ui+ τ - τ Jti+ τ ))] + ξ Jti+ τ )
[0064]陣列移動前後有陣元相互重疊，通過相位修正，可以得到虛擬陣元的擴展。拖船繼續按速度V運動，可連續不斷的將空間信息合成為虛擬陣元，當相位修正因子估計精確時，虛擬得到的合成孔徑可以等效為實際陣元構成的物理孔徑。
[0065]考慮相鄰兩次移動前後陣元重疊,取上述O時刻xnUi)中n=N/2+l,…，N, τ秒後XnUi+ τ )中η=1，…，Ν/2，求接收信號相位補償因數為
[0066]Ψ p=arg {xn (t1.xn* Ui+ τ )}
[0067]其中ρ = 1，…，N/2,空間上重疊陣元的相位補償因數的均值為
【權利要求】
1.一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法，該方法能夠用於當拖線陣運動規則或不規則導致的拖線陣聲納載體偏離航跡時對水下弱目標信號進行有效檢測，所述方法包含: 步驟101)構造拖線陣運動時對待檢測目標信號進行聲場空間採樣的接收模型，拖線陣陣列開始運動並同時接收來自於待測水下目標的信號對所接收的信號進行空間採樣； 步驟102)基於所述接收模型，在拖線陣相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子，並採用線性擬合進行相位估計修正得到未重疊陣元的相位相關因子； 步驟103)以拖線陣聲納採樣時第1次快拍為基準，利用步驟102)擬合得到未重疊陣元的相關因子對第2次測量時各陣元的快拍輸出進行相位修正補償； 步驟104)重複步驟102)和步驟103)，依據所述接收信號模型，直至將聲場採樣空間上各次測量的接收信號的所有快拍陣列的輸出依次進行補償，得到擴展的虛擬陣列的輸出結果; 步驟105)將步驟104)得到擴展的虛擬陣列的輸出進行相干累加，得到目標波束對應方位，實現對目標信號的檢測； 其中，所述接收模型為:由拖纜連接的若干個等間距的各向同性線列陣，該線列陣作勻速直線運動，以某一時刻第I號陣元接收到的待測目標信號為基準，其它陣元相對於I號陣元接收具有特定的傳播時延，運動一定時間間隔後，再次對待測目標信號進行接收處理，其它陣元相對於I號陣元接收具有特定的傳播時延，以此拖線陣運動並按固定的時間間隔對待測信號進行接收，構建接收信號模型。
2.根據權利要求1所述的可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法，其特徵在於，所述步驟102)進一步包含:` 步驟102-1)採用ETAM算法利用拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子； 步驟102-2)對相鄰兩次各重疊陣元的相位相關因子進行相位估計線性擬合，經修正得到其它未重疊陣元的相位相關因子。
3.根據權利要求1所述的可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法，其特徵在於，所述步驟102-2)利用最小二乘法進行相位估計線性擬合。
4.根據權利要求2或3所述的可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法，其特徵在於，所述步驟102-2)具體為: 假設拖線陣聲納相鄰兩次快拍時的陣列運動保持均勻線列陣時，相鄰兩次快拍重疊陣元個數為「N-q」，當採用孔徑合成求相位相關因子時均以前一次快拍陣列所在位置為基準，各重疊陣元的相位相關因子為Ψρ，利用線性擬合方法對各Ψρ作形如V=m+n*k擬合，通過將其重疊的N-q個相位相關因子代入Ψ=πι+η.k得到方程組，求解對應的方程組，根據方程組對其它未重疊q個陣元的相位相關因子分別計算，繼而對第2次快拍陣列輸出信號作相位補償，並依次對其它快拍進行相位修正補償處理； 其中，p=l, 2，…，N-q ；p = N-q+1, N-q+2,…，N ;所述線性擬合方法包含最小二乘法。
5.根據權利要求1所述的可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測方法，其特徵在於，所述步驟105)進一步包含:步驟105-1)依據步驟104)對各次測量的接收信號輸出依次進行補償得到擴展陣元數據進行相干累加，得到整個虛擬陣列的輸出； 步驟105-2)將整個虛擬陣列的輸出採用波束形成等技術進行處理，結合各時間段的信號進行處理獲得時間方位歷程圖； 步驟105-3)再對時間方位歷程圖波束輸出進行檢測，得到目標波束對應方位，具體為:將不同頻帶內目標波束對應的檢測方位進行記錄，將各頻帶內存儲的方位進行二次擬合，根據計算結果計算方位估計方差，將計算的方位估計方差與設定的檢測方差門限進行比較，若小於門限，則檢測到的水聲目標信號結果屬實，接收到水下目標信號確實含有水聲目標信號，否則檢測結果為虛警，接收到的信號中不含目標信號，繼而完成對目標信號的檢測。
6.一種可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測系統，其特徵在於，所述系統包含: 接受模型構建模塊，用於構造拖線陣運動時對待檢測的目標信號進行聲場空間採樣的接收模型； 相位相關因子獲取模塊，用於基於所述接收模型，當拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子，並採用線性擬合進行相位估計修正得到未重疊陣元的相位相關因子； 第一相位修正補償模塊，用於以拖線陣聲納採樣時第1次陣列輸出為基準，利用擬合得到未重疊陣元的相關因子對第2次測量時各陣元的輸出進行相位修正補償；重複上述相位修正補償方法，依據所述接收信號模型，直至將聲場採樣空間上各次測量的接收信號輸出依次進行補償；和 目標信號檢測結果判決模塊，用於將補償後得到擴展陣元數據組成的虛擬陣列輸出進行相干累加，採用波束形成等技術得到目標波束對應方位，實現對目標信號的檢測。
7.根據權利要求6所述的可用`於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測系統，其特徵在於，所述相位相關因子獲取模塊進一步包含: 重疊陣元相位相關因子確定子模塊，用於採用ETAM算法利用拖線陣陣列在相鄰的採樣時間間隔發生相繼兩次運動時，計算相鄰兩次快拍各重疊陣元的相位相關因子；和 未重疊陣元相位相關因子確定子模塊，用於對相鄰兩次各重疊陣元的相位相關因子進行相位估計線性擬合，經修正得到其它未重疊陣元的相位相關因子。
8.根據權利要求7所述的可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測系統，其特徵在於，所述未重疊陣元相位相關因子確定子模塊利用最小二乘法進行相位估計線性擬合。
9.根據權利要求6所述的可用於被動合成孔徑陣列偏航的目標檢測系統，其特徵在於，所述目標信號檢測結果判決模塊進一步包含: 虛擬陣列輸出模塊，用於依據各次測量的接收信號輸出依次進行補償得到擴展陣元數據進行相干累加，得到整個虛擬陣列的輸出； 方位歷程圖獲取模塊，用於將整個虛擬陣列的輸出採用波束形成等技術進行處理，結合各時間段的信號進行處理獲得時間方位歷程圖；和 目標結果判決模塊，用於對時間方位歷程圖波束輸出進行檢測，得到目標波束對應方位，具體為:將不同頻帶內目標波束對應的檢測方位進行記錄，將各頻帶內存儲的方位進行二次擬合，根據計算結果計算方位估計方差，將計算的方位估計方差與設定的檢測方差門限進行比較，若小於門限，則檢測到的水聲目標信號結果屬實，接收到水下目標信號確實含有水聲目標信號，否則檢測結果為虛警，接收到的信號中不含目標信號，繼而完成對目標信號的檢 測。
【文檔編號】G01S15/04GK103675819SQ201210328606
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月6日 優先權日:2012年9月6日
【發明者】趙閃, 陳新華, 餘華兵 申請人:中國科學院聲學研究所