基于矢量水听器线谱法目标方位估计

　　1引言

　　水下目标探测主要由声呐来实现。声呐分为主动式和被动式两种。虽然声呐有主动式和被动式之分,但从本质上讲,水下目标探测是利用声波的水下传播,声呐在水下获得目标信号,将声信号转换成电信号,处理电信号来实现水下目标方位等信息的估计的技术。虽然声波在水中有较好的传播性能,但是海水介质存在复杂和多变的特性,使得声呐接收到的信号掺杂了海洋噪声。目前,在考虑抑制噪声干扰的基础上,提出了相干干扰合成能量流抑制原理(Coherent Inter-ference Energy Suppress,CIES)[1],而用声压和振速互谱处理器[1]来实现CIES,使得检测目标线谱能力更强。基于互谱法[2-5],已经提出用直方图统计方位估计[4]来分辨多目标。笔者在互谱法的基础上,讨论单目标方位估计的精度问题,比较了两种方位估计方法对单目标方位估计精度提高的效果,期望能对水下目标方位估计的研究有所帮助。

　　2互谱法方位估计原理

　　压差式矢量水听器的构成如图1所示,下面根据其结构简要说明一下其获取信息的原理[3]。压差式矢量水听器由两对偶极子(即4个声压水听器)组成,设每对偶极子的距离为d(d<<λ),目标信号频率为f,声速为c,每一个单极子都输出一个声压信息Pi,i=1,2,3,4。 则可以得到声压

　　振速

　　从理论上来说,可以直接用自谱法计算得到目标方位

　　但由于水听器在拾取实际目标信息的同时,也拾取了海洋噪声,这些噪声大部分是非相干干扰源,所以考虑用互谱法来消除非相干噪声。互谱法目标方位估计

　　3两种方位估计方法

　　(1)单线谱法方位估计在宽带中找出最大线谱,利用此线谱的声压和振速信息,基于互谱法来估计方位。

　　(2)多线谱法方位估计在宽带中找出多根线谱,分别利用每一根线谱的声压和振速信息来分别估计方位,最后将得到的多个方位值进行处理,得到最终的目标方位估计。对于多线谱法方位估计,主要关注两点:

　　一是如何找到所需的线谱;

　　二是怎样处理这些线谱所估计得到的多个方位,才能比较准确地估计最终方位。

　　在宽带中找线谱的方法有多种,本实验采用周期图法得到声压以及振速的功率谱,最后认为具有较大声压谱处存在线谱。

　　在多线谱法方位估计中,对得到的多个方位估计值也有多种处理方法。一种是将所有线谱估计得到的多个方位直接作平均处理来得到最终目标方位估计;另一种是将这些方位作加权平均处理来得到最终目标方位估计,此处的权重选择为对应线谱的较大的声强分量,即max(Ix,Iy),Ix=VxP*,Iy=VyP*。