[发明专利]用于自主水下航行器的综合标矢量声纳系统

权利要求书

1.一种用于自主水下航行器的综合标矢量声纳系统，其特征在于，包括综合标矢量声基阵和与该综合标矢量声基阵通信连接的信号处理中心；

所述综合标矢量声基阵包括设于自主水下航行器首端的一矢量水听器和设于自主水下航行器尾部的多个标量水听器；

其中，所述矢量水听器包括声压标量通道和三个矢量通道，三个矢量通道分别以所述自主水下航行器中轴线前方为正、以所述自主水下航行器右方为正以及以所述自主水下航行器上方为正；

所述标量水听器分别位于所述自主水下航行器的尾端、左翼以及右翼，以形成三个通道并与所述矢量水听器的通道编号排序；

所述矢量水听器和所述标量水听器均标记坐标，并以所述矢量水听器为原点；

所述信号处理中心通过所述综合标矢量声基阵中的各通道实时获取水声信号，通过对获取的所述水声信号进行数字量化转换成水声时域数据，根据所述水声时域数据计算处理依次得到环境噪声总噪声级、环境噪声谱级、目标探测信息、目标跟踪及判别信息、声脉冲及异常噪声侦察信息组成的结果数据，通过卫星通讯定位系统将所述结果数据回传至岸上控制系统；

所述数字量化转换成水声时域数据的具体步骤为：

将所述水声信号进行预处理并转换成电压数据；

取所述电压数据中的首阵元的电压数据进行能量累积，并对首阵元进行声源级计算，以得到各水听器输入端的绝对噪声级；

计算首阵元的1/3倍频程谱以及频宽范围，以得到单阵元的1/3倍频程能量值；

对各阵元的数据进行降采样和快速傅里叶转换，以转换成所述水声时域数据；

其中首阵元为矢量水听器中各通道组成的阵元，每一个水听器为一个阵元；

所述目标探测的具体过程包括以下步骤：

根据所述水声时域数据生成均为360°方位的矢量一级波束和标量阵一级波束；

其中，所述矢量一级波束通过所述声压标量通道和三个矢量通道形成；所述标量阵一级波束通过所述声压标量通道和三个标量水听器组成的四元圆环声阵列基阵形成；

将所述矢量一级波束和所述标量阵一级波束通过自适应波束形成算法融合形成二级波束，以使得波束能够覆盖0~360°空间并均匀分布；

对二级波束进行平方检波，以获得不同方向上的波束形成能量结果；

将不同方向上的波束形成能量结果作为目标探测结果并输出。

2.如权利要求1所述的一种用于自主水下航行器的综合标矢量声纳系统，其特征在于，所述自适应波束形成算法为基于子阵域稳健自适应波束形成的最优宽带检测技术，其中子阵域通过标量阵一级波束形成。

3.如权利要求2所述的一种用于自主水下航行器的综合标矢量声纳系统，其特征在于，目标跟踪及判别信息的具体过程包括以下步骤：

根据所述目标探测结果获取宽带噪声警戒最大波束的目标方位；

根据宽带噪声警戒最大波束的目标方位计算得到对应的波束号；

细化波束扫描间隔角度，以计算导向矢量并输出对应的波束，再对输出的波束进行平方检波与积分得到跟踪方位，该跟踪方位作为跟踪结果；

对所述跟踪结果进行频谱分析，以寻找所述跟踪结果中的低频线谱作为LOFAR谱结果输出；

对跟踪结果进行快速傅里叶逆变换，以获得所述跟踪结果的时域信号；

对所述时域信号依次进行平方检波、低通滤波以及快速傅里叶变换，以选取预设范围的低频线谱作为跟踪目标的DEMON谱结果输出；

根据所述LOFAR谱结果和所述DEMON谱结果中的目标声纹特征和机械结构特征进行多批次目标判别，以得到确认后的目标判别信息；

其中，当多批次目标判别的次数在设定时间内累计达到设定次数时，则确认跟踪目标，若未达到设定次数时，则清零并重新计数。

4.如权利要求3所述的一种用于自主水下航行器的综合标矢量声纳系统，其特征在于，通过在全频段对所述跟踪目标的方位预成波束数据做频谱分析，以进行特征提取，且所述频谱分析的具体步骤为：

选择所述跟踪目标的方位预成波束数据中的谱线；

在选择的谱线中寻找所述跟踪目标频带内的多根回传谱线能量值。