基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置及方法，该装置包括参考噪声传感器、信号生成器、自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器，其中参考噪声传感器设置于舰船推进器附近；上述各器件之间的连接关系为：信号生成器分别与参考噪声传感器和外部的声纳阵列相连，信号生成器还顺次连接自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器。本实用新型专利技术采用独立的参考噪声传感器，通过对自适应噪声抵消器上的权值进行优化更新，使得基于权值处理后参考噪声可以很好的消除阵元信号所包含的噪声，从而保证基于去噪后的阵元信号形成的波束准确判断出目标。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置
本技术属于水声信号处理
，具体涉及一种基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置。
技术介绍
阵列信号处理是绝大部分声纳信号处理的核心技术。Harry L.Van Trees在其经典巨著 Optimum Array Processing (John Wiley&Sons, Inc, 2002)中对阵列信号处理技术做了全面深入研究。阵列信号处理中，抗各向同性空间噪声的最优处理器是常规延时相加波束形成器；抗强干扰源的一般处理方法是广义旁瓣抵消器及其各种等效实现。在抗强干扰源时假设干扰为远场平面波，如“宽带波束域相干信号子空间高分辨方位估计”(声学学报，31 (5):418-424，2006年9月)在干扰源方向阵列波束图中形成凹槽，“自适应宽带多途干扰抵消的实时处理算法”(声学与电子工程，总第55期:1-10，1999年第三期)形成指向干扰的端射波束；或者假设干扰到阵列各阵元的传递函数已知，通过对传输函数补偿提取干扰信号，如“多途信道中声屏蔽及声聚焦”(哈尔滨工程大学学报，30 (3) =299-306,2009年3月)和“匹配场噪声抑制:原理及对水听器阵列的应用”(科学通报，48(12) =1274-1278,2003年6月)。这些做法均是基于阵列各阵元接收的信号自身进行处理而得到，属于经典阵列信号处理范畴。声纳部位自噪声是声纳设备的干扰之一，它在较高航速下高于海洋环境噪声和混响干扰，是限制声纳作用距离的主要因素。抑制声纳部位主要自噪声成分具有重要意义和实际应用价值。声纳部位自噪声来源众多，传播途径复杂，工程上难以全面抑制。通常在噪声源和传播途径两方面采取物理措施，如“船舶声呐部位自噪声的预报方法及其控制技术”(船舶力学，6 (5) =80-94,2002年10月)指出改进声纳罩设计和应用多功能声障板。这类措施考虑的重点放在物理措施上，没有从信号处理的角度考虑自噪声的控制问题。从上可知，现有技术存在下缺点:a、在自适应波束形成时，每个波束均需要进行自适应抗干扰处理。在工程实践中，为了避免波束搭接的不连续性，波束个数通常大于阵元个数，这样自适应计算量大，给实时运算带来了负担。b、通常假设空间离散干扰到各阵元的相对时延或传递函数是已知的，尽管其时频特性是未知的。这种假设并不总是成立。C、阵列信号处理技术总是基于组成阵列的各阵元提供的信息，没有利用其它可能的传感器提供的信息。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种声纳在高航速下应用的基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置。在高航速下，推进器噪声限制了声纳作用距离，本技术可以很好地消除声纳阵列信号中的推进器噪声，从而在高航速下提高声纳的作用距离。实现本技术的技术方案如下:一种基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置，包括参考噪声传感器、信号生成器、自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器，其中参考噪声传感器设置于舰船推进器附近；上述各器件之间的连接关系为:信号生成器分别与参考噪声传感器和外部的声纳阵列相连，信号生成器还顺次连接自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器。进一步地，本技术所述信号生成器用于将声纳阵列和参考噪声传感器生成的模拟信号转换成数字信号，并将转换得到的数字信号进行分频段滤波，得到多个不同频段的阵元信号和参考信号，并将其传输给自适应噪声抵消器；自适应噪声抵消器包括多组减法器和自适应滤波器；每一组频段对应的阵元信号和参考信号由一组减法器和自适应滤波器进行处理；所述处理为:所述自适应滤波器带有一权向量生成器，自适应滤波器用于将参考信号与权向量生成器中存储的权值相乘，并将相乘的结果输出给减法器；所述减法器将阵元信号和自适应滤波器的输出相减作为自适应抵消器的输出，同时将相减的结果作为权向量生成器的控制信号；所述权向量生成器根据所述控制信号更新其存储的权值；阵列信号处理器用于对自适应噪声抵消器输出的信号进行波束形成。进一步地，本技术所述参考噪声传感器的布放位置是在推进器位置附近3米-200米范围内。有益效果第一，本技术采用独立的参考噪声传感器，通过对自适应噪声抵消器上的权值进行优化更新，使得基于权值处理后参考噪声可以很好的消除阵元信号所包含的噪声，从而保证基于去噪后的阵元信号形成的波束准确判断出目标。第二，本技术采用布放于推进器附近的参考噪声传感器，为声纳阵列提供了附加的信息，采用声纳阵列各阵元分频段进行独立的自适应噪声抵消，本技术基于控制信号对权值进行更新，其适应了从噪声源到阵列的空间传递函数较为复杂且空间变化较大的特点，因而自适应噪声抵消效果好。第三，本技术采用布放于推进器附近的参考噪声传感器能够提取较纯的参考噪声，避免了信号“泄露”。[0021 ] 第四，本技术各阵元信号在通过噪声抵消器以后仍然可以进行以广义旁瓣抵消器为代表的现有阵列信号处理器进行波束形成，因此本技术在噪声抵消后无需改进或增加后续的处理硬件。【附图说明】图1为本专利技术信号处理装置的示意图；图2是本技术声纳阵列信号处理装置的方框图；图3是阵列信号处理器的优选实施例的方框图；图4(a)和图4 (b)是本技术针对推进器噪声占优时的输出的空间谱仿真结果图；声纳阵列101，参考噪声传感器102，信号生成器103，自适应噪声抵消器104，阵列信号处理器105，信号条理单元106，模拟到数字转换单元107，固定滤波器组108，加法器201，延迟线202，加法器203，除法器204。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本技术进行详细说明。如图1-2所示，本技术基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置，该装置的处理对象为声纳阵列101所生成的阵列信号(即本底噪声信号和目标信号的混合信号)；本技术信号处理装置包括参考噪声传感器102、信号生成器103、自适应噪声抵消器104以及阵列信号处理器105，其中参考噪声传感器102设置于舰船推进器附近；上述各器件之间的连接关系为:信号生成器分别与参考噪声传感器和外部的声纳阵列相连，信号生成器还顺次连接自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器。本技术的工作过程为:参考噪声传感器102用于接收主要含有推进器噪声的参考信号。信号生成器103用于将声纳阵列和参考噪声传感器生成的模拟信号转换成数字信号，并将转换得到的数字信号进行分频段滤波，得到多个不同频段的阵元信号和参考信号，并将其传输给自适应噪声抵消器；本技术可较佳的利用包含信号调理单元106、模拟到数字转换单元107和分频固定滤波器组108的信号生成器来实现其功能。自适应噪声抵消器104包括多组减法器和自适应滤波器；每一组频段对应的阵元信号和参考信号由一组减法器和自适应滤波器进行处理；所述处理为:所述自适应滤波器带有一权向量生成器，其用于将参考信号与权向量生成器中存储的权值相乘，并将相乘的结果输出给减法器；所述减法器将阵元信号和自适应滤波器的输出相减作为自适应抵消器的输出，同时将相减的结果作为权向量生成器的控制信号；所述权向量生成器根据所述控制信号调整其存储的权值。如图2所示，自适应噪声抵消器针对信号生成器的分频段固定滤波器的每个频段输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置，其特征在于，包括参考噪声传感器、信号生成器、自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器，其中参考噪声传感器设置于舰船推进器附近；上述各器件之间的连接关系为：信号生成器分别与参考噪声传感器和外部的声纳阵列相连，信号生成器还顺次连接自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置，其特征在于，包括参考噪声传感器、信号生成器、自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器，其中参考噪声传感器设置于舰船推进器附近； 上述各器件之间的连接关系为:信号生成器分别与参考噪声传感器和外部的声纳阵列相连，信号生成器还顺次连接自适应噪声抵消器以及阵列信号处理器。2.根据权利要求1所述基于自适应噪声抵消器的声纳阵列信号处理装置，其特征在于， 所述信号生成器用于将声纳阵列和参考噪声传感器生成的模拟信号转换成数字信号，并将转换得到的数字信号进行分频段滤波，得到多个不同频段的阵元信号和参考信号，并将其传输给自适应噪声抵消器； 所述自适应噪声抵消器包括多...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国仓，邓海华，刘宏，王建勋，彭亮，郑国垠，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：实用新型
国别省市：