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一種基于聲陣的海洋聲傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于聲陣的海洋聲傳播損失測(cè)量方法，包括利用水聲接收陣系統(tǒng)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)傳播損失測(cè)量，并且在陣元域的信噪比小于6dB情況下，仍可通過(guò)聲接收陣的波束域輸出結(jié)果，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)不同頻段水下聲傳播損失的計(jì)算。與傳統(tǒng)的基于浮標(biāo)的靜態(tài)傳播損失測(cè)量技術(shù)相比，基于聲陣的海洋聲傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行陣元域和波束域的多頻段的水下聲傳播損失測(cè)量。并且在陣元域信噪比低于6dB而無(wú)法進(jìn)行傳播損失測(cè)量的情況下，利用聲基陣的陣增益，通過(guò)波束域可以實(shí)現(xiàn)多頻段的水下聲傳播損失測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種基于聲陣的海洋聲傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水聲信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種海洋聲傳播損失的實(shí)時(shí)測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著水下目標(biāo)隱身技術(shù)的發(fā)展，作為探測(cè)設(shè)備的主/被動(dòng)聲納，其低頻、大孔徑、大功率特征愈加明顯。主/被動(dòng)拖曳線列陣聲納已成為最主要的聲納探測(cè)設(shè)備，它具有遠(yuǎn)離本艇干擾、深度可變、低頻大孔徑、主動(dòng)聲源級(jí)高等優(yōu)點(diǎn)，已成為探測(cè)安靜型潛艇的最重要設(shè)備。為充分發(fā)揮聲納設(shè)備，尤其是主被動(dòng)拖曳線列陣聲納在各種海區(qū)的使用效能，獲取工作海區(qū)的海洋聲學(xué)環(huán)境十分必要?，F(xiàn)代海洋斗爭(zhēng)的特點(diǎn)，已由冷戰(zhàn)時(shí)期的深海對(duì)抗轉(zhuǎn)為既兼顧深海同時(shí)又兼顧近岸復(fù)雜淺水域，對(duì)聲納的探測(cè)及目標(biāo)參數(shù)估計(jì)提出了更高的性能要求。因此，對(duì)復(fù)雜多變海洋聲學(xué)環(huán)境的充分了解，直接關(guān)系到聲納的性能預(yù)報(bào)、最佳效能發(fā)揮、設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化。
[0003]水聲信號(hào)的傳播衰減直接關(guān)系聲納作用距離，傳播衰減與工作頻段、聲速剖面、介質(zhì)/界面吸收/反射等因素密切相關(guān)，測(cè)量并獲取傳播衰減曲線，可以為聲納性能的預(yù)報(bào)和設(shè)計(jì)提供依據(jù)，將實(shí)測(cè)曲線與模型估計(jì)曲線同步比對(duì)，可提高聲納性能預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:利用水聲接收陣系統(tǒng)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)傳播損失測(cè)量，在陣元域的信噪比小于6dB情況下，利用聲陣的陣增益，通過(guò)聲接收陣的波束域輸出結(jié)果，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)不同頻段水下聲傳播損失的計(jì)算。
[0005]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種基于聲陣的海洋聲傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于:采用水平拖曳線列陣實(shí)現(xiàn)，所述水平拖曳線列陣系統(tǒng)由16段聲學(xué)段組成，各聲學(xué)段由其內(nèi)置的水聽(tīng)器陣列、前置與傳輸部分一起，完成聲信號(hào)的聲電轉(zhuǎn)換、前置預(yù)處理、信號(hào)采集和傳輸功能；陣元數(shù)為184元，為實(shí)現(xiàn)波束域不同頻段傳播損失計(jì)算，采取布陣方式是:前64個(gè)聲通道，陣元間距1.5m，中間24個(gè)聲通道，陣元間距24m，最后96個(gè)聲通道，陣元間距0.4m ;聲基陣總長(zhǎng)758.4m ；
[0007]用于單陣元傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量，具體包括以下步驟:
[0008]步驟一:對(duì)實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)累計(jì)，累積8批數(shù)據(jù)得到X1 (i，n)和Χιια，η)，Χια，η)和Xl l(i，n)分別為累積8批得到的當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)和之前數(shù)據(jù)；
[0009]步驟二:對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變化處理:
[0010]

【權(quán)利要求】
1.一種基于聲陣的海洋聲傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于: 用于單陣元傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量，具體包括以下步驟: 步驟一:對(duì)實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)累計(jì)，累積8批數(shù)據(jù)得到X1 (i, η)和X1 i (i, η)，X1 (i, η)和X1 Jij)分別為累積8批得到的當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)和之前數(shù)據(jù)； 步驟二:對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變化處理:
Nfft = 16384為FFT長(zhǎng)度，處理數(shù)據(jù)有87.5%的重疊，即每次更新2048點(diǎn)，頻率分辨力為 0.7324Hz ； 步驟三:分頻段進(jìn)行能量計(jì)算:
步驟四:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行能量判斷，以確定有無(wú)信號(hào)存在；在計(jì)算傳播損失時(shí)，如果是脈沖信號(hào)，需進(jìn)行信噪比判斷:如果Est (i，kn)-Ent(i, kn)>Th, Th為門限，則輸出傳播損失;否則不輸出；如果是連續(xù)波，則不需要進(jìn)行能量判斷； 步驟五:進(jìn)行傳播損失計(jì)算:
TL (fb) = SL (fb) — Est (fb) — HS — AG (5) 其中SL為聲源級(jí)，事先標(biāo)定；HS表示水聽(tīng)器靈敏度，單位為dB ；AG表示放大倍數(shù)，單位為dB。
2.一種基于聲陣的海洋聲傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于: 用于波束域傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量，利用64元細(xì)線陣或96元粗線陣輸出信號(hào)測(cè)量陣波束傳播損失；接收數(shù)據(jù)表示為X1-M(i，n), i = O,......64 ；x196(i, η)為水聽(tīng)器通道；η =O,……，2048為時(shí)間采樣序列；具體包括以下步驟: 步驟一:對(duì)實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波:
其中H1 (η)為帶通濾波器，濾波器通帶為50-500Ηζ，過(guò)渡帶為[10 50Hz]和[500600Hz],通帶波紋小于等于0.5dB,阻帶衰減大于等于40dB ；h2 (η)為帶通濾波器,濾波器通帶為500-2000ΗΖ，過(guò)渡帶為[400 500Hz]和[2000 2100Hz]，通帶波紋小于等于0.5dB，阻帶衰減大于等于40dB ； 步驟二:對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換處理:

步驟三:分別對(duì)兩個(gè)陣的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成處理，在余弦坐標(biāo)系中覆蓋0°~180°水平空間:
其中 0≤I ≤ 128，k = 17，...，85 ;
其中 0 ≤ I ≤ 128，k = 85,..., 341 ;數(shù)據(jù)重疊 50%，基元間距 dl = 1.5m, d2 = 0.4m, c為聲速； 步驟四:波束選?。桓鶕?jù)顯控輸入的人工選取方位或自動(dòng)選取的方位Imax選擇信號(hào)波束；自動(dòng)選取方位過(guò)程如下:
公式(12)表示對(duì)100~500Hz頻段信號(hào)計(jì)算波束圖；
公式(13)表示對(duì)500~2000Hz頻段信號(hào)計(jì)算波束圖；利用公式(14)判斷選取的方位；
Zmax = max BP Μ{1) & & SNR(J) > 6dB， Zmax = max BP ,,,(I) & & SNR(I) > 6dB (14) 步驟五:對(duì)選定的Imax波束數(shù)據(jù)進(jìn)行逆傅立葉變換處理:
其中Nfft = 2048為逆傅立葉變換長(zhǎng)度； 步驟六:對(duì)自動(dòng)或手動(dòng)輸入的目標(biāo)方位數(shù)據(jù)累積8批，得到的Bft ime I 64 (η)和BftimeI 96 (η)，分別為指定方位的累積8批得到的當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)，Bftime 1_1 64 (η)和Bftimell 96(η)分別為指定方位的累積8批得到的之前噪聲數(shù)據(jù)； 步驟七:對(duì)目標(biāo)方位數(shù)據(jù)累積進(jìn)行傅立葉變換處理:

Nfft = 16384為傅立葉變換長(zhǎng)度，處理數(shù)據(jù)有87.5%的重疊，即每次更新2048點(diǎn)；頻率分辨力為0.7324Hz ； 步驟八:對(duì)波束形成并積累后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分頻段能量計(jì)算:
步驟九:對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行能量判斷；如果是脈沖信號(hào)需進(jìn)行信噪比判斷:如果Est 64 (fb) -Ent 64 (fb) >Th, Est 96 (fb) -Ent 96 (fb) >Th, Th 為門限，則輸出傳播損失；否則，不輸出；如果是連續(xù)波信號(hào)不需要進(jìn)行能量判斷； 步驟十:傳播損失計(jì)算:
TL 64 (fb) = SL (fb) - Est 64 (fb) -HS-AG (25)
TL 96 (fb) = SL (fb) - Est 96 (fb) -HS-AG (26) 其中SL為配合艦船發(fā)射聲源或爆炸聲源的聲源級(jí)，事先標(biāo)定；HS表示水聽(tīng)器靈敏度，單位為dB ；AG表示放大倍數(shù)，單位為dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于聲陣的海洋聲傳播損失實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于:采用水平拖曳線列陣實(shí)現(xiàn)，所述水平拖曳線列陣系統(tǒng)由16段聲學(xué)段組成，各聲學(xué)段由其內(nèi)置的水聽(tīng)器陣列、前置與傳輸部分一起，完成聲信號(hào)的聲電轉(zhuǎn)換、前置預(yù)處理、信號(hào)采集和傳輸功能；陣元數(shù)為184元，為實(shí)現(xiàn)波束域不同頻段傳播損失計(jì)算，采取布陣方式是:前64個(gè)聲通道，陣元間距1.5m，中間24個(gè)聲通道，陣元間距24m，最后96個(gè)聲通道，陣元間距0.4m ;聲基陣總長(zhǎng)758.4m。
【文檔編號(hào)】G01H3/00GK104180891SQ201410422855
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】鄒麗娜, 王忠康, 谷新禹 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所