水下远场目标被动定位过程中的近场强干扰源抑制方法

摘要

本发明提供的是一种水下远场目标被动定位过程中的近场强干扰源抑制方法。声纳设备对远场目标探测前，利用近场声图扫描的方法提取声纳设备近场区域中干扰源的个数N及位置信息；建立水下远场目标探测时存在近场强干扰源的模型，计算出第i个干扰源所在位置坐标的导向矢量；确定波束零陷权和方位谱的形式；判断接收基阵接收到的信号是否属于宽带信号；将接收到的宽带信号在频域上划分成若干窄带信号，最后综合所有频段的输出得到宽带信号的估计结果。本发明将本地干扰视为近场，针对其所在位置坐标形成聚焦到点的波束指向性零点，给出了具体的波束零陷权和方位谱的形式，克服了以往波束零陷方法带来的“盲区”影响；同时又将真实目标视为远场进行测量。

主权项

一种水下远场目标被动定位过程中的近场强干扰源抑制方法，其特征是：(1)声纳设备对远场目标探测前，利用近场声图扫描的方法提取声纳设备近场区域中干扰源的个数N及位置信息r_i、θ_i，i＝1,…,N；其中r_i为第i个干扰源与接收基阵中心的距离，θ_i为第i个干扰源与接收基阵中心连线和基阵左侧延长线的夹角；(2)建立水下远场目标探测时存在近场强干扰源的模型，明确近场干扰源、远场信号与接收基阵的几何关系；近场干扰源按球面波扩展，远场信号按平面波传播；以接收基阵最左端的基元作为参考基元，按照干扰源的传播规律和干扰源与接收基阵的几何关系计算出第i个干扰源所在位置坐标的导向矢量α(r_i,θ_i)；(3)根据步骤(1)和(2)中获取的近场强干扰源的个数信息、与声纳设备的几何关系，确定波束零陷权和方位谱的形式$W_{\mathrm{opt}}\left(\theta \right)=\frac{\mathrm{B\alpha }\left(\theta \right)}{\sqrt{{\alpha }^H\left(\theta \right)\mathrm{B\alpha }\left(\theta \right)}}$$P_{\mathrm{opt}}\left(\theta \right)=\frac{B^H{\alpha }^H\mathrm{RB\alpha }\left(\theta \right)}{\sqrt{{\alpha }^H\left(\theta \right)\mathrm{B\alpha }\left(\theta \right)}}$其中，B＝I‑H(H^HH)^‑1H^H，H＝[α(r₁,θ₁),α(r₂,θ₂),…,α(r_N,θ_N)]，I为M×M的单位矩阵，M为接收基阵阵元的个数，θ为目标方位，扫描范围[0,180°]，R＝E{XX^H}，X为接收基阵的观测数据矢量；(4)判断接收基阵接收到的信号是否属于宽带信号；(5)基阵接收到的信号为宽带时，将接收到的宽带信号在频域上划分成若干窄带信号，每个子带上波束零陷权和方位谱的形式分别为$W_{\mathrm{opt}}(f_i,\theta )=\frac{[I-H\left(f_i\right){\left(H^H\left(f_i\right)H\left(f_i\right)\right)}^{-1}{H}^H\left(f_i\right)]\alpha (f_i,\theta )}{\sqrt{\alpha {(f_i,\theta )}^H[I-H\left(f_i\right){\left(H^H\left(f_i\right)H\left(f_i\right)\right)}^{-1}{H}^H\left(f_i\right)]\alpha (f_i,\theta )}}$$P_{\mathrm{opt}}(f_i,\theta )=\frac{B{\alpha }^H(f_i,\theta )\mathrm{RB\alpha }(f_i,\theta )}{{\alpha }^H(f_i,\theta )\mathrm{B\alpha }(f_i,\theta )}$其中，H＝[α(f_i,r₁,θ₁),α(f_i,r₂,θ₂),…,α(f_i,r_N,θ_N)]，信号第i个频段的方向矢量为f_i为第i个频段的中心频率，τ＝dsin(θ)/C，C为声速，d为接收基阵相邻阵元间的距离；最后综合所有频段的输出得到宽带信号的估计结果$P\left(\theta \right)=\underset{i=1}{\overset{J}{\Sigma }}{\eta }_i{P}_{\mathrm{opt}}(f_i,\theta )$η_i为各子带能量加权系数，取η_i＝1。