[发明专利]一种拖线阵声纳平台转向过程中阵列接收信号的测算方法

说明书

本发明提供了一种拖线阵声纳平台转向过程中阵列接收信号的测算方法，属于水声探测与声纳信号处理技术领域。本发明通过建立阵列绕圆弧轨迹转向模型，针对大角度转向和小角度转向、左转向和右转向条件，利用阵列位圆弧所对应的圆心角将转向过程分解为5个转向阶段，给出5个阶段相邻4个时刻的时间点数值，并对每个转向阶段，以第1阵元为基准，给出当前时刻所有阵元的接收信号，对于提高阵列信号处理算法性能具有较大的应用价值。

技术领域

本发明属于水声探测与声纳信号处理技术领域，涉及一种拖线阵声纳平台转向过程中阵列接收信号的测算方法。

背景技术

拖线阵声纳是探测低频、隐蔽性目标的重要工具，在探测过程中需要使用水听器接收阵列数据，用于估计目标的时频信息和目标入射方位。拖线阵声纳的平台在探测过程中，经常需要改变航向，此时柔性拖线阵列也随之转向。受平台转向的影响，阵列中各阵元的位置与理想线列阵阵元位置存在位置偏移，接收的阵列数据与理想线列阵的接收阵列数据存在较大的差异。因此，建立平台转向过程中的阵列信号接收模型，掌握转向过程中的信号变化规律，对于提高拖线阵声纳的阵列数据处理算法性能具有较大的应用价值。

发明内容

本发明提供了一种拖线阵声纳平台转向过程中阵列接收信号的测算方法，解决的技术问题是在阵列转向情况下，根据已知发射信号，实时给出各阵元接收到的信号。

本发明的技术方案是：

一种拖线阵声纳平台转向过程中阵列接收信号的测算方法，步骤如下：

步骤1：建立声源模型

假设声源发射信号为s₀(t)＝Acos(ω₀t+φ₀)，其中A、ω₀、φ₀分别是信号的振幅、频率和初始相位。R为发射信号到原点O的距离，c为声速。阵列的第一阵元为1，最后一个阵元为N，d为阵元间距，θ为声源作为远场平面波入射方向，s_m(t)为阵元m接收到的信号，K为声源信号到达接收阵列的幅度衰减系数。

假设阵列转向角度为α，转弯半径为r，阵列孔径为L＝(N-1)d。定义αr＜L为小角度转向，αr≥L为大角度转向。阵列转向过程中，阵列在圆环上的长度所对应的圆心角度数β随时间变化。根据圆心角度数β的取值，将阵列转向分成5个时间阶段，各时间阶段交界点依次定义为时刻t₀、t₁、t₂、t₃。β_m表示阵元m到原点O所在转向圆弧对应的圆心角。

步骤2：分别给出小角度和大角度、向左和向右转向情况下，5个时间阶段的接收信号。具体如下：

(一)小角度转向

当阵列小角度转向时，各阶段的阵列阵形示意图如图2、图3所示，其中图2是向右转向，图3是向左转向。由图2、图3可知，t₀是基准时刻，对应于第1阵元到达转向圆环的时刻。其中v是平台(阵列)速度。

情况1：小角度右转向

(1)当0≤t≤t₀时，阵列还未到达转向的圆环，呈标准的线列阵排列。此时接收信号为：

(2)当t₀＜t≤t₁时，阵列的一部分位于转向圆环上，另一部分呈直线与转向圆环相切。令表示下取整，k表示阵列在转向圆环上的最后一个阵元数。此时接收信号为：

(3)当t₁＜t≤t₂时，阵列的第一个阵元出圆环，最后一个阵元未入圆环。令k表示阵列前段出圆环的最后一个阵元数；q表示阵列在转向圆环上的最后一个阵元数。此时接收信号为：