【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声阵列信号处理，尤其涉及一种基于水平线阵的声源测向方法及装置。
技术介绍
1、在深海波导条件下，当声源位于海表面附近几百米内，形成的直达声区在海表面附近只能扩展到一个较小的范围，因此拖曳的水平阵往往需要工作在声影区。
2、现有的基于海底反射信号的声影区水平线阵测向方法，受到方位角-掠射角耦合效应的影响，在缺乏目标距离信息时只能对目标声源方位进行有偏估计。并且，由于与海底作用不同次数的海底反射信号具有不同的掠射角，这种多径效应会使得基于海底反射信号的目标声源方位估计进一步复杂化。另外，海底反射信号往往会受到复杂的海底环境条件影响，使得基于海底反射信号声影区水平线阵测向算法呈现明显的不稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术无法准确估计目标声源方位的缺陷，提出了一种基于水平线阵的声源测向方法，本专利技术还公开了一种基于水平线阵的声源测向装置。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于水平线阵的声源测向方法，包括：
3、通过水平线阵得到目标声源的时域声压信号；
4、将所述时域声压信号变换到频域，得到所述目标声源的频域声压信号；
5、通过所述频域声压信号进行波束形成，得到所述目标声源的空间谱；
6、对所述空间谱进行衍射分析，得到所述目标声源相对于所述水平线阵的方位角。
7、作为上述方法的一种改进，所述通过水平线阵得到目标声源的时域声压信号，包括：
8、通
9、作为上述方法的一种改进，所述对所述空间谱进行衍射分析，得到所述目标声源相对于所述水平线阵的方位角，包括：
10、将所述空间谱在频率轴上进行非相干积累，得到所述目标声源的宽带空间谱；
11、提取所述宽带空间谱的各谱峰对应的角度值，并选取其中最小的角度值；
12、将所述最小的角度值输入衍射理论修正模型中，得到所述目标声源相对于所述水平线阵的方位角。
13、作为上述方法的一种改进，所述衍射理论修正模型包括：
14、
15、式中，表示所述目标声源相对于所述水平线阵的方位角，表示所述最小的角度值，ca表示所述水平线阵处的声速，csurb表示表面波导与温跃层交界处的声速，arccos表示反余弦函数。
16、作为上述方法的一种改进，所述将所述时域声压信号变换到频域，得到所述目标声源的频域声压信号，包括：
17、通过下面公式将所述时域声压信号变换到频域，得到每一阵元上所述目标声源的频域声压信号p(f,rl)，
18、p(f,rl)＝∫p(t,rl)e-j2πftdt
19、式中，p(t,rl)表示目标声源的时域声压信号，f表示频率，j是虚数单位,t表示时间，rl表示第l个阵元与目标声源之间的距离，l＝0,1,...,l-1，l是阵元数目。
20、作为上述方法的一种改进，所述通过所述频域声压信号进行波束形成，得到所述目标声源的空间谱，包括：
21、通过下面公式将每一阵元上所述目标声源的频域声压信号p(f,rl)进行波束形成，得到所述目标声源的空间谱b(f,θ)，
22、
23、式中，ca表示阵列处声速，d表示水平线阵阵元间距，θ表示搜索角度。
24、作为上述方法的一种改进，所述将所述空间谱在频率轴上进行非相干积累，得到所述目标声源的宽带空间谱，包括：
25、通过下面公式将所述空间谱在频率轴上进行非相干积累，得到所述目标声源的宽带空间谱baccum(θ)，
26、
27、式中，f表示频率；b(f,θ)表示所述目标声源的空间谱b(f,θ)。
28、作为上述方法的一种改进，所述水平线阵布设于深海环境中，并且，所述通过水平线阵得到目标声源的时域声压信号，包括：
29、获取所述水平线阵的初始位置的海水温度；
30、通过所述海水温度判断所述水平线阵是否处于等温层，若否，通过拖曳方式对所述水平线阵进行位置调整，直到所述水平线阵处于等温层；
31、识别所述水平线阵是否工作在声影区，若否，再次通过拖曳方式对所述水平线阵进行位置调整，直到所述水平线阵工作在声影区，输出所述水平线阵处于存在表面波导的深海环境中且工作在声影区的信息；
32、通过所述水平线阵的各阵元分别获取目标声源的时域声压信号。
33、作为上述方法的一种改进，所述目标声源到所述水平线阵的距离为5～15km，所述水平线阵的拖曳深度为50～200m。
34、本专利技术还提出了一种基于水平线阵的声源测向装置，包括：
35、探测模块，用于通过水平线阵得到目标声源的时域声压信号；
36、转换模块，用于将所述时域声压信号变换到频域，得到所述目标声源的频域声压信号；
37、获取目标声源空间谱模块，用于通过所述频域声压信号进行波束形成，得到所述目标声源的空间谱；
38、获取方位角模块，用于对所述空间谱进行衍射分析，得到所述目标声源相对于所述水平线阵的方位角。
39、与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
40、1、利用了衍射分析理论，通过水平线阵进行被动式声源的测向。该方法无需目标声源的距离信息，即可对目标声源的方位角进行准确估计。
41、2、在深海波导条件下，目标声源的时域声压信号包含表面波导泄露信号，该方法利用表面波导泄露信号，在传播角度特征方面更稳定，因此具有更强的鲁棒性。
42、3、通过存在表面波导的深海环境下、工作在声影区的水平线阵接收到的时域声压信号，相比现有的基于海底反射信号的声影区水平线阵测向算法，该方法在传播角度特征方面更稳定，因此具有更强的鲁棒性。
43、4、相比现有的基于海底反射信号的声影区水平线阵测向算法，无需考虑多径效应带来的干扰，因此更具有实用性。
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1.一种基于水平线阵的声源测向方法，包括：
2.根据权利要求1所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述通过水平线阵得到目标声源的时域声压信号，包括：
3.根据权利要求1所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述对所述空间谱进行衍射分析，得到所述目标声源相对于所述水平线阵的方位角，包括：
4.根据权利要求3所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述衍射理论修正模型包括：
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述将所述时域声压信号变换到频域，得到所述目标声源的频域声压信号，包括：
6.根据权利要求5所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述通过所述频域声压信号进行波束形成，得到所述目标声源的空间谱，包括：
7.根据权利要求3所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述将所述空间谱在频率轴上进行非相干积累，得到所述目标声源的宽带空间谱，包括：
8.根据权利要求1所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述水平线阵布设于深
9.根据权利要求8所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述目标声源到所述水平线阵的距离为5～15km，所述水平线阵的拖曳深度为50～200m。
10.一种基于水平线阵的声源测向装置，基于权利要求1-9任一所述方法实现，其特征在于，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于水平线阵的声源测向方法，包括：
2.根据权利要求1所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述通过水平线阵得到目标声源的时域声压信号，包括：
3.根据权利要求1所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述对所述空间谱进行衍射分析，得到所述目标声源相对于所述水平线阵的方位角，包括：
4.根据权利要求3所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述衍射理论修正模型包括：
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，所述将所述时域声压信号变换到频域，得到所述目标声源的频域声压信号，包括：
6.根据权利要求5所述的基于水平线阵的声源测向方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪晨，周士弘，戚聿波，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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