拖线阵分辨目标左右舷的拖船机动方法

本发明属于水声工程领域，具体涉及拖线阵分辨目标左右舷的拖船机动方法。

背景技术：

由无指向性水听器构成的单线阵存在左右舷模糊现象，对于此现象的一种解决方法是通过拖船转向机动使阵形发生畸变，利用估计阵形做平面阵波束，比较左右舷的波束输出能量，从而判定目标和镜像源。

为了获得较好的左右舷分辨性能，希望阵形畸变程度尽量大，且目标信噪比尽量高。拖船机动较剧烈时，阵形畸变程度较大，但拖船较大幅度地偏离拖线阵端射方向会造成自噪声干扰严重，进而导致目标信噪比降低；拖船机动较平缓时，拖船噪声对目标信噪比影响较小，但阵形畸变程度难以达到要求。因此，需要选择合适的机动策略，使拖线阵发生足够程度的畸变并且避免自噪声干扰严重，从而以最小代价实现左右舷分辨。

鉴于此，目前亟待提出一种拖线阵分辨目标左右舷的拖船机动方法。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种的拖线阵分辨目标左右舷的拖船机动方法。

本发明的拖线阵分辨目标左右舷的拖船机动方法，包括如下步骤：

s1:建立以离散化的目标初始信噪比和目标初始方位为自变量的拖船最优转向角度对照表；

s2：实时估计目标初始信噪比和目标初始方位；

s3：确定拖船机动的具体参数，根据参数进行拖船机动。

进一步的，步骤s1的具体过程为，

s101，设置实现分辨目标左右舷的参数，包括镜像源抑制比和抑制时间；设置离散化的目标初始信噪比、目标初始方位以及转向角度；

s102，基于拖船转向机动导致的拖线阵阵形变化情况，考虑拖船与拖线阵相对位置对于目标信噪比的影响，遍历计算各目标初始信噪比、目标初始方位、转向角度情况下，完成目标左右舷分辨所需时间；

s103，根据步骤s102计算的时间和拖船最优转向准则，得到以离散化的初始信噪比和目标初始方位为自变量的拖船最优转向角度对照表。

进一步的，步骤s102拖船与拖线阵相对位置对目标信噪比的影响通过如下公式计算；

snr＝snrorg-α·γ；

其中，snr表示受拖船自噪声干扰的目标信噪比，snrorg表示目标初始信噪比，α表示干扰系数，γ表示拖线阵首阵元-尾阵元连线与首阵元-拖船连线所夹锐角。

进一步的，步骤s102中的镜像抑制比通过如下公式计算，

其中，a(φ,ω)表示目标信号的方向向量，a(-φ,ω)表示目标信号的反方向的方向向量，n表示阵元个数，snr表示受拖船自噪声干扰的目标信噪比，h

表示共轭转置符号；

所述a(φ,ω)通过如下公式计算，

a(φ,ω)＝[exp(jk(x1cosφ+y1sinφ)),exp(jk(x2cosφ+y2sinφ)),…,exp(jk(xncosφ+ynsinφ))]

其中，xn,yn分别表示第n个阵元的横纵坐标，j表示虚数单位，n表示阵元个数，φ表示目标舷角，ω表示信号中心频率，k表示波数；

所述k通过如下公式计算，

k＝2πω/c

其中，c表示声速，ω表示信号中心频率。

进一步的，步骤s103中拖船最优转向角度准则为，以离散化的目标初始信噪比和目标初始方位为索引，在大于可实现分辨的转向角度下限至少θ°条件下，分辨时间最短对应的转向角度作为该索引对应的最优转向角度。

进一步的，步骤s2中的目标初始信噪比的计算过程具体为，利用空间谱图，将目标所在方位的能量和噪声基底的比值表示为增益形式，减去阵增益10lgn即可得到目标初始信噪比snrorg；其中，n表示阵元数目。

进一步的，步骤s3的具体过程为，根据步骤s2估计的标初始信噪比和目标初始方位，通过查询步骤s1计算的最优转向对照表，确定拖船最优转向角度，然后根据拖船最优转向角度进行拖船机动。

本发明的上述技术方案，相比现有技术具有以下优点：

本发明将转向角度作为最重要的拖船机动因素进行分析，由于拖船机动策略会对拖线阵畸变程度、拖船与拖线阵的相对位置产生复杂影响，进而影响目标左右舷分辨效果，需要根据目标方位和信噪比对各种可能的拖船机动情况进行遍历仿真，以选择最适宜的机动模式。拖船机动参数包括航速、转向半径、转向角度，由于航速受流噪声等多方面因素限制，因此应采用常规航速；由于转向半径的变化不影响使分辨时间最短的转向角度，在某一转向半径下得出的结论同样适用于其他转向半径的情况，因此应采用常规转向半径；由于转向角度对目标左右舷分辨能力影响较大，因此将转向角度作为最重要的拖船机动因素进行分析。

为实现以最小代价完成左右舷分辨，希望从拖船转向到完成目标舷别分辨的时间尽量短。由于阵形计算较为复杂，无法满足实时性要求，因此离线建立以离散化的目标初始信噪比和目标初始方位为自变量的拖船最优转向角度对照表，在实际探测过程中根据实时估计的目标初始信噪比和目标初始方位，通过查表确定拖船机动策略，最终实现利用尽量短的时间完成左右舷分辨。

附图说明

图1是本发明实施例提供的方法的流程示意图

图2是本发明实施例中-10db下的仿真数据表格；

图3是本发明实施例中-20db下的仿真数据表格；

图4是本发明实施例中-30db下的仿真数据表格。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的拖线阵分辨目标左右舷的拖船机动方法，包括如下步骤:

s1:建立以离散化的目标初始信噪比和目标初始方位为自变量的拖船最优转向角度对照表；

s2：实时估计目标初始信噪比和目标初始方位；

s3：确定拖船机动的具体参数，根据参数进行拖船机动。

进一步的，步骤s1的具体过程为，

s101，设置实现分辨目标左右舷的参数，包括镜像源抑制比和抑制时间；设置离散化的目标初始信噪比、目标初始方位以及转向角度；

s102，基于拖船转向机动导致的拖线阵阵形变化情况，考虑拖船与拖线阵相对位置对于目标信噪比的影响，遍历计算各目标初始信噪比、目标初始方位、转向角度情况下，完成目标左右舷分辨所需时间；

s103，根据步骤s102计算的时间和拖船最优转向准则，得到以离散化的初始信噪比和目标初始方位为自变量的拖船最优转向角度对照表。

进一步的，步骤s102拖船与拖线阵相对位置对目标信噪比的影响通过如下公式计算；

snr＝snrorg-α·γ；

其中，snr表示受拖船自噪声干扰的目标信噪比，snrorg表示目标初始信噪比，α表示干扰系数，γ表示拖线阵首阵元-尾阵元连线与首阵元-拖船连线所夹锐角。

进一步的，步骤s102中的镜像抑制比通过如下公式计算，

其中，a(φ,ω)表示目标信号的方向向量，a(-φ,ω)表示目标信号的反方向的方向向量，n表示阵元个数，snr表示受拖船自噪声干扰的目标信噪比，h

表示共轭转置符号；

所述a(φ,ω)通过如下公式计算，

a(φ,ω)＝[exp(jk(x1cosφ+y1sinφ)),exp(jk(x2cosφ+y2sinφ)),…,exp(jk(xncosφ+ynsinφ))]

其中，xn,yn分别表示第n个阵元的横纵坐标，j表示虚数单位，n表示阵元个数，φ表示目标舷角，ω表示信号中心频率，k表示波数；

所述k通过如下公式计算，

k＝2πω/c

其中，c表示声速，ω表示信号中心频率。

进一步的，步骤s103中拖船最优转向角度准则为，以离散化的目标初始信噪比和目标初始方位为索引，在大于可实现分辨的转向角度下限至少θ°条件下，分辨时间最短对应的转向角度作为该索引对应的最优转向角度。

进一步的，步骤s2中的目标初始信噪比的计算过程具体为，利用空间谱图，将目标所在方位的能量和噪声基底的比值表示为增益形式，减去阵增益10lgn即可得到目标初始信噪比snrorg，其中，n为阵元个数。

进一步的，步骤s3的具体过程为，根据步骤s2估计的标初始信噪比和目标初始方位，通过查询步骤s1计算的最优转向对照表，确定拖船最优转向角度，然后根据拖船最优转向角度进行拖船机动。

具体地，设置实现目标左右舷分辨的指标，认为镜像源抑制比在1db以上持续至少100秒情况下，能够实现目标左右舷分辨。

设置离散化的目标初始信噪比、目标初始方位、转向角度。设置目标初始信噪比为-10db、-20db、-30db，目标初始方位为30°至150°区间内间隔10°取值，转向角度为10°至60°区间内间隔10°取值。

利用表1所示阵列参数，遍历计算各目标初始信噪比、目标初始方位、转向角度情况下，完成目标舷别分辨所需时间。

表1阵列参数表

对于目标初始信噪比为-10db、-20db、-30db的情况，完成目标舷别分辨所需时间分别如图2-4所示。

图2至图4中空白部分表示在相应输入信噪比、目标初始方位、转弯角度情况下，无法利用阵形畸变分辨左右舷。每一行最左边的非空白单元对应的转弯角度，是相应信噪比和目标初始方位情况下，可以实现左右舷分辨的转弯角度下限。表中灰色部分表示某种目标信噪比和初始方位情况下最短分辨时间。

之后建立拖船最优转向角度准则，以离散化的目标初始信噪比和目标初始方位为索引，根据图2-4计算的分辨时间，在大于可实现分辨的转向角度下限至少5°条件下，选择分辨时间最短对应的转向角度作为该索引对应的最优转向角度，如果多个转弯角度的分辨时间一致，则选择较小的转弯角度。

举例说明，对于目标信噪比为-30db，初始方位为30度的情况，由图4第一行所示计算结果可知，可实现分辨的转向角度下限是40度，大于转向角度下限至少5度条件下分辨时间最短的转向角度是45度、50度、55度，从中选择转向角度最小的一个作为此情况下的最优转向角度，可得最优转向角度为45度。

在此最优转弯角度准则下，可以根据图2-4归纳出不同输入信噪比情况和目标初始方位对应的最优转向角度，如表2。

表2不同输入信噪比情况和目标初始方位对应的最优转向角度

在实际应用中，需要实时估计的目标初始信噪比和目标初始方位，通过查询最优转向角度对照表(即表2)确定拖船机动策略。估计目标初始信噪比的方法是利用空间谱图，将图中目标所在方位的能量和噪声基底能量的比值表示为增益形式，减去阵增益10lgn即可得到目标初始信噪比snrorg。

本发明在实际探测过程中根据实时估计的目标初始信噪比和目标初始方位，通过查表确定拖船机动策略，最终实现利用尽量短的时间完成左右舷分辨。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。