[发明专利]基于幅度补偿的MVDR时反聚焦定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不仅可准确获得声源的空间位置信息，还可同时获得声源的强度信息的定位方法。

背景技术

在浅海环境下，对水下噪声源进行定位，需要在获取声源空间位置的同时，获取声源强度的相对大小。水下声信道是一个包括海面、海底和海水介质的复杂环境，存在明显的多途效应。多途效应可视为一种相干干扰，可使传统的聚焦定位方法产生明显的定位误差、较高的旁瓣级起伏以及伪峰，对聚焦定位性能产生严重影响。

时反聚焦技术可用以解决浅海环境下的噪声源近程定位问题。时反聚焦过程的本质和信号处理中的波束形成、匹配滤波以及基于环境模型的匹配场处理(Matehed Field Proeessing，MFP)和模基匹配滤波(Model Based Matehed Filtering，MBMF)在原理上是类似的，都是一个驾驶向量与空间或时间数据向量进行相关的运算，或称Bartlett运算，即本质上是利用就是模型和数据匹配的相干处理思想，但该技术的空间分辨率受到Bartlett处理的限制。目前，有学者将MVDR高分辨处理引入时反聚焦定位中，可在准确修正多途效应引起的定位误差的同时，获得高空间分辨率的空间谱图（罗方方，生雪莉等.基于MVDR高分辨算法的时反定位技术研究.哈尔滨工程大学学报，2010，31(7)：945-950），但该方法没有考虑不同声源传播距离的影响，未采取任何幅度修正，得到的聚焦空间谱输出无法正确反映声源贡献的相对大小。另外，陈欢等人研究了对幅度和相位进行联合修正的聚焦波束形成方法（陈欢.直线阵潜艇噪声源高分辨定位识别方法研究.哈尔滨工程大学博士学位论文，2011年），但该方法无法直接应用于存在多途效应的水下噪声源定位中。至今未出现基于幅度修正的MVDR时反聚焦定位方法的研究结果。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种可在准确修正多途效应引起的定位误差的同时，获得高空间分辨率的空间谱图，并正确反映空间各声源强度的相对大小的基于幅度补偿的MVDR（minimum variance distortionless response，最小方差无失真响应）时反聚焦定位方法。

本发明的目的是这样实现的：

（a）利用射线理论中的虚源法，建立浅海多途条件下的水平声压均匀线列阵接收信号模型；

（b）将声源发射信号经过不同途径到达各个阵元的通道视为多途信道，得到各信道冲击响应函数h^(m,n)(t)；

（c）对发射信号s^(m)和冲击响应函数h^(m,n)(t)进行频域变换，得到第n号阵元接收信号y⁽ⁿ⁾以及基阵接收信号矩阵y；

（d）在与声源等深的水平面S上进行逐点扫描，在扫描点坐标处，得到该点的冲击响应函数

（e）经频域变换得到的频域表示

（f）对第n个阵元的接收信号y⁽ⁿ⁾经频域变换后，在信号频带范围f_l～f_h内划分K个互不重叠的子带，将接收信号矩阵y分解为K个不重叠的N×1维向量，将声压阵冲击响应函数频域矩阵对应分解为K个不重叠的N×1维向量

（g）定义基于幅度补偿的MVDR时反聚焦的约束条件，得到频率f_k上考虑幅度补偿的MVDR时反聚焦空间谱

（h）得到累积K个频带的总的空间谱

（i）设置合适扫描步长，重复（d）至（h）的步骤，进行完整平面搜索并比较输出功率谱图，最终由谱峰位置确定噪声源所在位置。

本发明将幅度补偿与MVDR高分辨时反技术同时引入到水下噪声源近场聚焦定位中，提出了基于幅度补偿的MVDR时反聚焦定位方法。一方面利用相干多途信道特点，生成时反补偿向量，并利用MVDR处理器改善时反聚焦的定位精度、空间分辨率及背景抑制能力。另一方面，施加幅度补偿，消除距离对时反聚焦的影响，真实反映声源强度的相对大小。可以满足在浅海多途条件下，水下噪声源定位对于空间分辨率、源贡献评价等方面的迫切需求。

附图说明

图1浅海水平线阵接收信号模型示意图。

图2(a)-图2(c)频带250Hz-500Hz时，多途条件下不同聚焦算法的空间谱伪彩图，其中：图2(a)多途常规聚焦；图2(b)常规时反聚焦；图2(c)幅度补偿MVDR时反聚焦。