一种时频域联合捕捉主动声纳信号的方法

　　1 引言

　　传统的被动声纳根据能量积累检测目标辐射噪声的方法,只能做到近程发现,做不到远程发现,然而利用被动声纳去捕捉敌方的主动声纳信号就可以达到这一目的。主动声纳信号的捕捉虽然也可以认为仍然属于检测的范畴,但由于主动声纳信号自身的特点,使主动声纳信号的捕捉问题有别于舰船辐射噪声的检测。主动声纳信号的出现具有明显的特征,它是随机出现的,具有未知的频率、未知的脉冲宽度和未知的幅度,对这类信号的捕捉自然要采用特殊的方法。传统的用于舰船辐射噪声的检测方法,不能简单地用于主动声纳信号的检测,例如长时间的时间积累显然不会带来更高的增益[1]。本文介绍了一种工程实用的时频域联合捕捉主动声纳信号的方法,仿真了相同噪声环境下使用该方法的发现距离与主动声纳探测距离,仿真表明使用该方法的发现距离远超过主动声纳探测距离,可实现对目标的远程发现。该方法具有很好的应用前景。

　　2 信号的捕捉流程

　　主动声纳信号的捕捉流程如图1所示。基阵接收的信号传到信号处理机,在信号处理机内经波束形成后形成各空间通道的接收信号,对所有空间通道的接收信号同时进行处理。要想在信号一出现就立即记录主动声纳信号是不可能的,整个捕捉过程要分为频域捕捉与时域捕捉两个阶段。由此确立的步骤是,在每一个空间通道上进行快速傅立叶变换,并在每一个空间通道的频谱中寻找最大值,将这个最大值和所设定的阈值进行比较,如果连续几次均超过所设定的阈值,那么就决定探测该空间通道内的该频率通道内的信号,继而进入时域捕捉。

　　时域捕捉中确定脉冲信号的起点和终点,从而也就求出了信号的脉宽,然后再对所存储的信号进行频域分析,就能输出信号的特征,如信号的频率、带宽、信号类型等信息。

　　在进入到时域捕捉之后仍需确定一个阈值,如果捕捉到的信号连续几次小于阈值,就停止时域捕捉,重新转入到频域捕捉。如果捕捉到的信号的脉宽过大显然是不合理的,因此对信号的脉宽也需设定一个阈值,如果信号存储的长度超过了脉宽的阈值,说明捕捉失败,需要重新进入到频域捕捉。

　　3 阈值确定

　　3.1 频域捕捉中的阈值设定

　　频域捕捉所确定的最大的一个或一组谱线是相对其他谱线而言的,因此可以设定一个固定的阈值。在和所设定阈值比较之前对信号的频谱做如下处理[3],其流程如图2所示。首先求得每个空间通道内频谱的平均值,选取超过平均值的频谱谱线,并求得其与平均值的比值。这样就得出了一个相对值与所设定的固定阈值进行比较,对于超过阈值的就可以认为找到了一个最大值,如果同一根或一组谱线连续5次超过阈值,则判定捕捉到了一个主动声纳信号,继而进入时域捕捉程序。