[发明专利]用于矢量阵列流行的连续可变小数时延估计方法及装置

说明书

本申请揭示了一种用于矢量阵列流行的连续可变小数时延估计方法及装置，属于水声设备设计与制造领域。本申请在设计FIR时延滤波器时，仅需要将用于重构该滤波器的单位脉冲响应的单位脉冲响应函数设计成偶对称，即可实现用于矢量阵列流行的连续可变小数时延的估计，非常实用、易于实现、且精度极高，并可成功应用于多通道数字多波束形成相关的工程项目中。

技术领域

本发明属于水声设备设计与制造领域，涉及一种用于矢量阵列流行的连续可变小数时延参数估计方法及装置。

背景技术

矢量水听器可以空间共点同步拾取声场一点处的声压和质点振速矢量，可在全空间对声源进行无模糊定向，具有不依赖与声波频率的空间指向性，当利用多个矢量水听器组成声纳基阵时，由乘积定理可知，原来直线声压阵固有的镜像幅度将小于目标真实方位处的功率。由于与频率无关的余弦指向性，矢量阵还可以突破半波长的限制，实现空间欠采样，在一定程度上扩展阵列孔径，提高方位分辨率与精度。

但阵列流行的失配会导致波束形成的性能急剧下降，所以时延精度的高低直接影响声纳最终的性能。

现有传统的数字时延方法有三种:过密采样、数字时域内插、频域线性相位加权。其共同的原理都是建立在时延量化的基础之上，即用离散时延代替连续时延。为了保证必须的时延精度，需要采用过采样或数字内插技术。这样，不论在时域实现，还是在频域实现，都需要很高的运算量和更多的硬件和软件支持，且从根本上都不能摆脱时延量化问题，只可把量化误差尽可能地做的小一点。

发明内容

为了解决相关技术的问题，本申请提供了一种新的连续可变小数时延估计方法及装置，在整数延时的基础上，通过FIR数字连续可变时延方法实现小数高精度延时，从根本上摆脱时延量化问题，以最小的硬件代价获得极高的延时精度，将矢量阵性能充分释放出来，提高声纳设备使用效能。

该发明把时延效应，近似于通过一个有限脉冲响应的FIR数字滤波器。因而，时延估计问题就变成对FIR数字滤波器的参数估计问题了。调节滤波器的单位脉冲响应，即可连续改变信号时延。

具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种用于矢量阵列流行的连续可变小数时延估计方法，所述方法包括：

利用矢量水听器采集信号，按照预定方式将采集到的信号确定第一组时延信号；

获取与所述第一组时延信号对应的时延滤波器，所述时延滤波器的单位脉冲响应是对设计的偶对称的单位脉冲响应函数进行采样后得到的，所述单位脉冲响应函数的对称轴位于预定的时延处；

将所述第一组时延信号输入至所述时延滤波器，得到连续可变的第二组时延信号。

可选的，所述获取与所述第一组时延信号对应的时延滤波器，包括：

获取所述第一组时延信号的参数特征，根据预存的参数特征与时延滤波器的对应关系，选取与所述第一组时延信号的频率对应的时延滤波器，所述参数特征包括频率；

或者，

根据所述第一组时延信号的入射角度计算相邻阵元之间的时延差，根据所述时延差设计所述单位脉冲响应函数，对所述单位脉冲响应函数进行采样，将采样到的样本序列作为所述时延滤波器的单位脉冲响应，得到所述时延滤波器。

可选的，所述方法还包括：

获取具备指定的参数特征的时延信号；

根据所述时延信号的入射角度计算相邻阵元之间的时延差，利用所述时延差设计一个偶对称的单位脉冲响应函数，所述单位脉冲响应函数的对称轴位于预定的时延处，所述时延与所述时延信号的参数特征相关；