一种基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法

本发明方法涉及水声阵列信号处理，水声探测，水声定位和声纳，具体地说，涉及一种基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法。

背景技术：

1、在浅海波导中，由于存在边界的和介质的不均匀性，导致浅海声场表现出明显的多径效应和频散效应，多径效应和频散效应的存在使得许多基于平面波假设的定位算法失效，为了将水声波导的物理特性应用于水声定位，匹配场算法被提出，但是匹配场算法对环境参数的选择敏感，在实际的工程应用中受到限制，并且匹配场定位在处理宽带信号时，多使用非相干处理，损失了增益，但是在浅海波导中，由于频散效应的存在，对声信号进行相干宽带处理是困难的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种基于空域消频散变换的水平阵声源定位方法。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法，包括：

3、步骤1)将水平阵列接收到的时域信号变换为频域信号；

4、步骤2)设定一个声源位置，利用聚焦波束形成，将得到的频域信号从阵元域变换到波数域；

5、步骤3)在每个频点上，对得到的频率-波数域信号做波数轴的平移和伸缩变换，将不同频点上同一模态对应的波数对齐；

6、步骤4)将变换后的频域-波数域上的信号，在频域上积累，判断累积结果出现达到设定要求的波峰结构，则设定的声源位置为真实声源位置，转至步骤5)；否则重新设定一个声源位置，转至步骤2)；

7、步骤5)输出声源位置，实现被动声源的定位。

8、优选的，所述步骤1)包括：

9、根据水平线阵得到声源的时域声压信号p(t,rl),l＝0,1,...,l-1，对每个阵元得到的时域声压信号做傅里叶变换，得到每个阵元域上的频域信号p(f,rl),l＝0,1,...,l-1；其中t表示时间，rl表示阵元和声源的距离，l表示阵元序号，l表示线阵的阵元数，f表示频域。

10、优选的，所述步骤2)的波数域s(f,θ,r0,k)满足下式：

11、

12、

13、其中，r0为线阵首阵元与设定声源的距离，θ为线阵首阵元与设定声源的方位角，j表示虚部，d表示阵元间距。

14、优选的，所述步骤3)包括：

15、对波数域s(f,θ,r0,k)在k轴上做平移和伸缩变换，得到变换后的频域-波数域上的信号stran(f,r0,k)：

16、stran(f,r0,k)＝s(f,r0,t(k)),

17、t(k)＝ω/c0-k(ω/ω0)-1/β

18、其中，t(k)是平移和伸缩变换，c0是水平阵列处声速，ω0是参考角频率，β是波导不变量。

19、优选的，所述步骤4)将变换后的频域-波数域上的信号，在频域上积累，包括：

20、根据下式得到stran(f,r0,k)在k轴的频域累积求和sfreq(r0,θ,k)：

21、

22、第二方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述方法的步骤。

23、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

24、第四方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

25、与现有技术相比，本发明的优势在于：

26、相比匹配场定位方法，本发明方法无需提前知道海洋波导的环境信息，有着更窄的主瓣宽度和更低的背景级，可以分辨在强干扰下的弱目标，以及在空间上距离较小的多个目标，可以在更低的信噪比下实现定位。

技术特征：

1.一种基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法，包括：

2.根据权利要求1所述的基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法，其特征在于，所述步骤1)包括：

3.根据权利要求2所述的基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法，其特征在于，所述步骤2)的波数域s(f,θ,r0,k)满足下式：

4.根据权利要求3所述的基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法，其特征在于，所述步骤3)包括：

5.根据权利要求4所述的基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法，其特征在于，所述步骤4)将变换后的频域-波数域上的信号，在频域上积累，包括：

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1所述方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。

技术总结本发明提出了一种基于空域消频散变换的水平线阵被动声源定位方法，包括：步骤1)将水平阵列接收到的时域信号变换为频域信号；步骤2)设定一个声源位置，利用聚焦波束形成，将得到的频域信号从阵元域变换到波数域；步骤3)在每个频点上，对得到的频率‑波数域信号做波数轴的平移和伸缩变换，将不同频点上同一模态对应的波数对齐；步骤4)将变换后的频域‑波数域上的信号，在频域上积累，判断累积结果出现达到设定要求的波峰结构，则设定的声源位置为真实声源位置，转至步骤5)；否则重新设定一个声源位置，转至步骤2)；步骤5)输出声源位置，实现被动声源的定位。本发明的方法可以在更低的信噪比条件下实现定位，并具有更高的定位精度。技术研发人员：张洪晨,周士弘,刘昌鹏,戚聿波受保护的技术使用者：中国科学院声学研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25