一种水下单频信号测向方法及系统

技术领域

本发明涉及目标方位测定领域，具体涉及一种水下单频信号测向方法及系统。

背景技术

传统线阵测向中，大间距基元直接采用两通道相关估计时延差，进而实现测向。该方法测向精度低。通过两通道相位差估计时延差测向，该方法测向精度高，但相位差存在模糊，需要增加基元来辅助解模糊。传统的做法是增加一个间距小于半波长的基元，通过该基元估计无模糊的相位差。根据基元间距尺寸关系，估计大间距基元间相位差的模糊数，进而测向。该方法使用的前提是存在两个基元的间距小于半波长。实际应用中高频信号由于波长短，导致无相位模糊的基元的间距非常小，工艺较难实现。

因此，有必要研究一种基元间距大于半波长的线阵解模糊测向方法，来解决目前存在的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决目前水下单频信号高精度测向问题。本发明旨在提供一种水下单频信号测向方法，用于达到本发明的目的。

本发明的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。

本发明提出一种水下单频信号测向方法，包括：

步骤1)将线性阵的接收信号与本地单频信号进行相关；

步骤2)利用步骤1)得到的相关结果，估计粗时延差；

步骤3)利用陷波滤波器估计接收信号的多通道相位差；

步骤4)根据多通道相位差计算模糊数列表；

步骤5)利用步骤2)得到的粗时延差和步骤4)得到的模糊数列表求解无模糊相位差；

步骤6)利用步骤5)得到的无模糊相位差进行测向。

作为上述技术方案的改进之一，所述线性阵包括第一基元、第二基元和第三基元，其中第一基元、第三基元间距小，第一基元、第二基元间距大；所述第一基元、第二基元和第三基元接收的信号分别进入第一通道、第二通道和第三通道进行处理。

作为上述技术方案的改进之一，所述步骤1)得到的相关结果包括每个通道的脉冲压缩结果；其中第i通道的脉冲压缩结果y

其中，x

作为上述技术方案的改进之一，所述第i通道接收信号的带通滤波结果表示为：

其中，s

s

其中，j为虚数符号，f

作为上述技术方案的改进之一，所述步骤2)包括：

步骤2-1)分段寻找脉冲压缩结果峰值，并与事先设置的门限比较，找到接收信号的位置；

步骤2-2)寻找脉冲压缩结果峰值，估计接收信号与本地信号的相对时延，计算粗时延差。

作为上述技术方案的改进之一，所述步骤3)包括：

根据步骤2-1)得到的接收信号的位置，获取接收信号数据段，使用陷波滤波器计算各通道的相位，进而计算第一通道和第二通道的相位差，以及第一通道和第三通道的相位差。

作为上述技术方案的改进之一，所述步骤4)包括：

步骤4-1)根据目标方位范围计算第一通道和第三通道时延差范围，进而计算第一通道和第三通道相位差模糊数范围；所述第一通道和第三通道相位差模糊数上限n

其中，

步骤4-2)根据第一通道和第三通道相位差模糊数范围计算第一通道和第二通道相位差模糊数列表；其中，第一通道和第二通道相位差第j个模糊数n

其中，p

作为上述技术方案的改进之一，所述步骤5)包括：

步骤5-1)根据步骤2)得到的粗时延差计算第一通道和第二通道的相位差粗模糊数

其中，

步骤5-2)根据第一通道和第二通道相位差的粗模糊数

其中，C为步骤4)得到第一通道和第二通道相位差模糊数列表；

步骤5-3)根据第一通道和第二通道的粗模糊数计算无模糊相位差；所述无模糊相位差公式如下：

P

其中，P

作为上述技术方案的改进之一，所述步骤6)包括：

步骤6-1)根据步骤5)得到的第一通道和第二通道的无模糊相位差计算第一通道和第二通道的高精度时延差t

其中，t

步骤6-2)根据高精度时延差计算目标相对接收线阵的方位phi：

其中，方位phi为正表示在右侧，为负表示在左侧。

本发明的一种水下单频信号测向系统，包括：

信号相关处理模块，用于将线性阵的接收信号与本地单频信号进行相关；

粗时延差估计模块，用于利用信号相关处理模块得到的相关结果，估计粗时延差；

相位差估计模块，用于利用陷波滤波器估计接收信号的多通道相位差；

模糊数计算模块，用于根据多通道相位差计算模糊数列表；

无模糊相位差计算模块，用于利用粗时延差估计模块得到的粗时延差和模糊数计算模块得到的模糊数列表求解无模糊相位差；和

测向模块，用于利用无模糊相位差计算模块得到的无模糊相位差进行测向。

本发明的有益技术效果：

与现有技术相比，本发明的优势在于：本发明的水下单频信号测向方法由于采用相位差估计时延差来测向提高了测向精度；采用小孔径基元有模糊相位差和大孔径有模糊相位差以及相关峰时延估计联合解模糊，提高了解模糊正确率。

附图说明

图1是本发明的实施例中的方法流程示意图；

图2是本发明的实施例中的阵元分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

如图1所示，本发明提出的一种水下单频信号测向方法，通过小孔径基元有模糊相位差和大孔径有模糊相位差以及相关峰时延估计联合解模糊，实现无模糊相位差估计，进而实现目标测向。

如图2所示，是本发明的实施例中的阵元分布示意图。其中图中数字1,2,3分别对应1、2、3通道(第一、二、三通道)。

具体来说，本发明的步骤如下：

步骤1)将线性阵的接收信号与本地信号进行相关；

步骤2)利用步骤1)得到的相关结果估计1、2通道粗时延差；

步骤3)利用陷波滤波器估计接收信号的多通道相位差；

步骤4)根据多通道相位差计算模糊数列表；

步骤5)利用步骤2)得到的粗时延差和步骤4)得到的模糊数列表解相位差的模糊；

步骤6)利用步骤5)得到的无模糊相位差进行测向。

优选地，本发明的所述步骤1)包括：

步骤1-1)对线性阵的接收信号s(n)进行M阶带通滤波；所述M阶带通滤波过程如下：

其中，s

步骤1-2)根据信号频率、采样率等参数生成本地单频信号；所述本地单频信号如下所示：

s

其中，j为虚数符号，f

步骤1-3)用本地信号对带通滤波结果进行脉冲压缩；所述脉冲压缩公式如下所示：

其中，x

优选地，本发明的所述步骤2)包括：

步骤2-1)分段寻找脉冲压缩结果峰值，并与事先设置的门限比较，找到信号的位置；

步骤2-2)寻找脉冲压缩结果最大值，估计相对时延，计算粗时延差。

优选地，本发明的所述步骤3)包括：

根据步骤2)得到的信号位置，获取信号数据段，使用陷波滤波器计算各通道的相位，进而计算1、2通道和1、3通道相位差。

优选地，本发明的所述步骤4)包括：

步骤4-1)根据目标方位范围计算1、3时延差范围，进而计算1、3通道相位差模糊数范围；所述1、3通道模糊数范围(上限为n

其中，

步骤4-2)根据1、3通道模糊数范围计算1、2通道相位差模糊数列表；

其中，p

优选地，本发明的所述步骤5)包括：

步骤5-1)根据1、2通道粗时延差计算相位差粗模糊数；所述粗模糊数计算公式如下：

其中，

步骤5-2)根据1、2通道相位差的粗模糊数和步骤4)得到的模糊数列表搜索准确的模糊数；所述准确模糊数计算公式如下：

其中，C为步骤4)得到1、2通道相位差模糊数列表。

步骤5-3)根据1、2通道模糊数计算无模糊相位差；所述无模糊相位差公式如下：

P

其中，P

优选地，本发明的所述步骤6)包括：

步骤6-1)根据步骤5)得到的1、2通道无模糊相位差计算高精度时延差；所述测向的公式如下：

其中，t

步骤6-2)根据高精度时延差计算目标方位；所述测向的公式如下：

其中，phi表示目标相对接收线阵的方位，右侧为正，左侧为负。

实施例2

本发明的一种水下单频信号测向系统，包括：

信号相关处理模块，用于将线性阵的接收信号与本地单频信号进行相关；

粗时延差估计模块，用于利用信号相关处理模块得到的相关结果，估计粗时延差；

相位差估计模块，用于利用陷波滤波器估计接收信号的多通道相位差；

模糊数计算模块，用于根据多通道相位差计算模糊数列表；

无模糊相位差计算模块，用于利用粗时延差估计模块得到的粗时延差和模糊数计算模块得到的模糊数列表求解无模糊相位差；和

测向模块，用于利用无模糊相位差计算模块得到的无模糊相位差进行测向。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。