一種水下聲場中的弱信號增強方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲弱信號增強技術(shù)，尤其涉及一種用于提高弱信號檢測的效果的， 水下聲場中的弱信號增強方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水聲弱信號指被強噪聲淹沒的微弱水聲信號。傳統(tǒng)的水聲弱信號檢測技術(shù)通常利 用噪聲與弱信號的統(tǒng)計特性及相關(guān)性的差異來實現(xiàn)弱信號的檢測與提取。這種檢測方法 主要分為兩種思路：一種是基于時域信息的檢測，通過各種變換來提取特征參數(shù)實現(xiàn)檢測； 另一種思路則基于空域信息，通過陣增益與空域濾波等方法實現(xiàn)弱信號檢測。然而這些傳 統(tǒng)的水聲弱信號檢測技術(shù)對于低頻弱信號都有較大的局限性。水聲弱信號增強技術(shù)對于提 高聲吶的作用距離，提高探測能力和目標識別準確性具有重要的意義。
[0003] 參量陣技術(shù)產(chǎn)生以后，人們試圖利用參量陣逆過程實現(xiàn)對弱信號的檢測。文獻 "Long-aperture parametric receiving arrays. J. Acoust. Soc. Am,1975, Vol. 57, No. 5 ： 1150-1155. "就曾對此方法進行過探討，但由于參量陣技術(shù)本身存在著陣增益過低和非線 性效率的問題，所以這種技術(shù)僅僅限于理論上的討論分析中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高探測能力和目標識別準確性的，水下聲場中的 弱信號增強方法。
[0005] -種水下聲場中的弱信號增強方法，包括以下幾個步驟，
[0006] 步驟一：利用非線性波動方程建立弱信號增強的參數(shù)模型；
[0007] 步驟二：測量介質(zhì)的非線性參數(shù)；
[0008] 步驟三：估計聲場中弱信號的頻率和幅度；
[0009] 步驟四：由接收點R。前d米處的栗波發(fā)生器發(fā)射兩列角頻率為ω 2和ω 3的栗波 信號，利用三列聲波的非線性耦合共振，在聲波的傳播過程中將栗波的能量轉(zhuǎn)化為弱信號 波的能量；其中三列聲波滿足三波耦合共振關(guān)系，ω1+ω2= ω 3，其中〇^為弱信號頻率； [0010] 步驟五：根據(jù)栗波發(fā)生器與接收水聽器之間的收發(fā)距離d，調(diào)整栗波信號的幅度， 使接收水聽器與弱信號增強模型的最大增益點位置一致，實現(xiàn)弱信號的最大增強；
[0011] 步驟六：重復(fù)步驟三到步驟六，動態(tài)調(diào)整栗波波形，得到弱信號的最大增益，實現(xiàn) 對時變?nèi)跣盘柕脑鰪姟?br>[0012] 本發(fā)明一種水下聲場中的弱信號增強方法，還可以包括：
[0013] 1、弱信號增強的參數(shù)模型為：
[0015] 其中V(x, t) = V1 (X，t)+va(x, t)，X為位移，t為時間，c。為聲速，β為介質(zhì)的非線 性參數(shù)，F(xiàn) (V(i3，x，t))為非線性勢函數(shù)，針對復(fù)信號Vl(x，t)，栗波發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的栗波為 va(x，t) ο
[0016] 2、弱信號的最大增益為：
[0018] 其中，Vraf為參考質(zhì)點振速，|an(0) 12為栗波的初始能量。
[0019] 有益效果：
[0020] 本發(fā)明利用非線性原理，通過栗波擾動介質(zhì)，增強介質(zhì)的非線性效應(yīng)，實現(xiàn)水聲信 號的增強，有利于提高聲吶系統(tǒng)的檢測能力和作用距離；本發(fā)明利用三列聲波的耦合共振 原理，解決了參量接收陣增益過低和非線性效率的問題。本發(fā)明中對于水聲信號的增強不 受基陣尺度的限制，在合適的環(huán)境和參數(shù)下，實現(xiàn)弱信號的增強；本發(fā)明的水聲信號增強效 果對于信號的初始聲壓級不敏感，且不存在相同步條件，增強方法具有較強的穩(wěn)定性。
[0021] 本發(fā)明基于介質(zhì)的非線性因素，通過對聲波的傳播過程施加影響，使接收陣處水 介質(zhì)中的弱信號得以增強的一種新的水聲弱信號增強技術(shù)。
【附圖說明】
[0022] 圖1水聲弱信號增強裝置示意圖；
[0023] 圖2水聲弱信號系統(tǒng)工作流程框圖；
[0024] 圖3信號強度隨作用距離變化的曲線；
[0025] 圖4聲波初始相位差對于信號波增強效果影響的示意圖；
[0026] 圖5信號波初始聲壓級對于其增強效果影響的示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0028] 本發(fā)明利用栗波激發(fā)水介質(zhì)中的非線性效應(yīng)，使接收陣處聲場的弱信號在強非線 性介質(zhì)中得以增強，從而提高接收端信噪比，提高聲吶作用距離，提高探測能力和目標識別 準確性，實現(xiàn)對水聲弱信號增強作用。
[0029] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案：
[0030] (1)根據(jù)介質(zhì)非線性聲波互作用的特性，利用非線性波動方程建立了弱信號增強 的參數(shù)模型。其中栗波的頻率、非線性參數(shù)以及聲波作用距離是影響模型增強效果的主要 因素。
[0031] (2)測量介質(zhì)的非線性參數(shù)。
[0032] (3)估計聲場中弱信號的頻率和幅度。
[0033] (4)由接收點R。前d米處的栗波發(fā)生器發(fā)射兩列角頻率為ω 2和ω 3的栗波信號， 利用三列聲波的非線性耦合共振，在聲波的傳播過程中將栗波的能量轉(zhuǎn)化為弱信號波的能 量。其中三列聲波滿足三波耦合共振關(guān)系，ω 1+ω2= ω 3，其中〇^為弱信號頻率。
[0034] (5)根據(jù)栗波發(fā)生器與接收水聽器之間的收發(fā)距離d，調(diào)整栗波信號的幅度，使接 收水聽器與弱信號增強模型理論計算的最大增益點位置一致，以實現(xiàn)弱信號的最大增強。
[0035] (6)重復(fù)步驟（3)，動態(tài)調(diào)整栗波波形，實現(xiàn)對時變?nèi)跣盘柕脑鰪?，增強本發(fā)明的 魯棒性。
[0036] -種水下聲場中的弱信號增強技術(shù)，根據(jù)介質(zhì)的非線性參數(shù)以及弱信號的幅度、 頻率參數(shù)動態(tài)調(diào)整栗波波形，利用栗波激發(fā)水介質(zhì)中的非線性效應(yīng)，實現(xiàn)弱信號的增強。
[0037] 栗波波形由弱信號的幅度與接收系統(tǒng)的位置共同決定，利用最佳接收點位置的理 論計算公式，反推栗波幅度。
[0038] 利用收發(fā)閉環(huán)，動態(tài)調(diào)整發(fā)射參數(shù)，提高弱信號增強效果的魯棒性。
[0039] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括以下步驟：
[0040] 第一步：根據(jù)介質(zhì)