一种基于垂直线列阵的深海盲解卷积方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113704685A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110905337.7(22)申请日2021.08.09(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人李辉徐哲臻杨坤德李沛霖(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人刘新琼(51)Int.Cl.G06F17/15(2006.01)G06F17/14(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图6页(54)发明名称一种基于垂直线列阵的深海盲解卷积方法(57)摘要本发明涉及一种基于垂直线列阵的盲解卷积方法，适用于深海大深度垂直线列阵与海面附近宽带声源之间信道冲击响应的估计问题，属于海洋工程、水声工程、阵列信号处理和声呐技术等领域。本发明方法将常规宽带波束输出中直达波和海面反射波的时延差信息引入信道冲激响应估计中，利用多途时延差信息和波束形成器输出相位构造新的相位补偿项。本发明在典型深海环境下，所提方法能够正确地估计出声源和接收阵列之间的信道冲激响应，其估计效果优于现有RBD方法。且本方法计算简单、计算量小。CN113704685ACN113704685A权利要求书1/2页1.一种基于垂直线列阵的深海盲解卷积方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在深海海底布放一套垂直线列阵接收海面声源发出的宽带信号；所述的垂直线列阵由M个阵元组成，阵元间隔为d，阵列采样频率为fs，第j个阵元接收的时域信号为xj(k)，k为采样时间点；步骤2：对垂线阵接收信号进行频域宽带波束形成，具体流程如下：首先对阵元接收信号进行快速傅立叶变换，得到频域接收信号，记第j个阵元的频域接收信号为Xj(f)；其次，在指定频带[B1,B2]Hz内，对每个频点上的接收信号进行波束形成，频点fn处指向角度θ的波束形成器权值为其中上标“T”表示转置运算，c为波束形成参考声速，i为虚数单位；频点fn处指向角度θ的波束形成器输出为其中上标“H”表示共轭转置运算，“×”表示向量相乘，n＝1,2,…,N，N为波束形成频点数；在指定频带[B1,B2]Hz内，将所有频点的波束形成器输出非相干叠加，得到宽带波束形成方位谱步骤3：记波束形成方位谱B(θ)的最大值对应的角度为θmax，取θmax方向对应的所有频点的波束形成器输出组成向量TY(θmax)＝[Y(θmax,f1),Y(θmax,f2),…Y(θmax,fN)](4)步骤4：对步骤3中波束形成器输出向量Y(θmax)进行快速逆傅里叶变换，得到波束形成器输出的时域信号y(k,θmax)＝2real{IFFT{Ya(θmax)}}(5)其中real{·}表示取实部运算，IFFT{·}表示快速逆傅立叶变换，Ya(θmax)表示补零后的频域波束形成器输出向量；步骤5：对y(k,θmax)进行自相关，得到自相关函数其中L为接收机开机时长，对R(σ,θmax)进行峰值搜索，得到直达路径和海面反射路径之间的时延差σD/SR其中max{·}表示取最大值；步骤6：使用θmax方向的波束形成器输出和直达‑海面反射路径的时延差σD/SR构造相位补偿因子，频点fn处的相位补偿因子为2CN113704685A权利要求书2/2页其中arg(·)表示取相位运算；步骤7：使用步骤6中的相位补偿因子对阵元接收信号进行相位补偿，得到信道冲激响应的估计结果；第j个阵元频点fn的频域信道冲激响应估计结果为步骤8：对步骤7所得到的频域信道冲激响应进行快速逆傅里叶变换，得到时域信道冲激响应结果；将第j个阵元对应的所有频点处的频域冲激响应结果组成向量TGj＝[Gj(f1),Gj(f2),…Gj(fN)](10)对Gj进行补零操作，将处理频带外的分量置零；对补零后的频域冲激响应Gaj进行快速逆傅立叶变换即可得到第j个阵元处的时域信道冲激响应gj(k)＝2real{IFFT{Gaj}}(11)步骤9：对于垂线阵的所有阵元执行步骤7和步骤8，即可得到垂直线列阵与声源之间信道冲激响应的估计值。2.根据权利要求1所述的一种基于垂直线列阵的深海盲解卷积方法，其特征在于所述的声源位于海面以下200m，声源信号带宽不小于300Hz。3.根据权利要求1所述的一种基于垂直线列阵的深海盲解卷积方法，其特征在于所述的垂直线列阵位于海底以上500m，包含16个阵元。4.根据权利要求1所述的一种基于垂直线列阵的深海盲解卷积方法，其特征在于所述的声源与垂直线列阵的水平距离范围为5～30km。3CN113704685A说明书1/6页一种基于垂直线列阵的深海盲解卷积方法技术领域[0001]本发明涉及一种深海环境下基于垂直线列阵的盲解卷积方法，适用于深海大深度垂直线列阵与海面附近宽带声源之间信道冲击响应的估计问题，