高频水声信号空间相关特性研究

　　1 引言

　　在声纳设备与鱼雷自导系统中，水声换能装置通常采用由多个换能器基元布成的声学基阵构成。通过对各基元收到的信号进行处理，可得到有关目标及背景的特征，从而检测目标，进而识别目标。对各基元的信号输出进行空间(阵列)和时间处理是获得良好的目标检测和识别性能的根本手段。其中目标与背景信号的空间统计特性对阵列处理效果影响极大。如常规的波束形成技术以及基于空间协方差矩阵分解的现代空间谱估计技术等均受到实际目标及背景信号的空间二阶统计特征的重要影响。因此从理论及实践上研究实际环境下目标与背景信号的空间统计特性，对自导系统检测及目标识别均有重要的工程意义。目标及背景信号空间统计特征的理论及推演较多，本文不再重述，这里主要研究基于实际海上测量得到的目标信号及背景信号的空间统计特性。

　　水声信号的采集与分析主要基于声学阵列，采集数据的处理与分析与阵列形式密切相关，文中给出的水平等效半波长间隔阵列对研究水下目标回波、混响和噪声的空间统计特性具有普遍性。在现有的主动水声设备中，窄带信号形式较多，所以在数据采集系统中采用差频预处理，既不损失数据信息，又可降低采样频率，减轻数据处理负担。

　　2 水声数据采集分析系统介绍

　　水声数据采集分析系统主要完成海上实航试验数据的磁带记录、采集及计算机后置分析处理功能。

　　2.1 数据采集分析系统组成

　　水声数据采集系统主要由声学基阵及水下传输驱动器、船上接收电路、多通道差频转换器、多通道并行数据采集处理器、数据处理计算机构成。其系统构成如图1所示。

　　声学基阵主要功能是接收海上水声目标和背景信号，并实现声电信号转换。船上接收电路主要接收长电缆传输的电信号，并实现与长电缆的电性能匹配和多通道信号的磁带记录。

　　多通道差频转换器实现高频电信号的频带转移，由高频降至低频。多通道并行数据采集处理器实现多通道模拟量的A/D转换及数据缓存。数据处理计算机则完成目标回波和背景数据的存盘、处理及数据图形显示功能。

　　2.2 系统模块组成及性能

　　数据采集和分析系统各组成模块主要组成及性能如下：

　　接收声学基阵：接收基阵由48个阵元组成平面阵，为收发共用基阵，阵元间距25mm，发射时全部阵元工作，基元A01、A12、A22、A32、A42、A52、A62、A72、A82、A91构成接收水平直线阵，测量水平横向空间相关性。其布阵形式如图2所示。