一种适用于浅海侧扫声纳的界面混响抑制方法

摘要

本发明涉及一种适用于浅海侧扫声纳的界面混响抑制方法，包括：选用换能器阵为上下阵模式的侧扫声纳；为侧扫声纳的换能器阵中的上下阵分别设定波束开角；侧扫声纳的换能器阵中的上、下阵采用频分、时分相结合的方法生成信号并发射。本发明的方法可以在侧扫声纳性能保证的基础上，兼顾远距离探测的需要，对于实现侧扫声纳高效率浅海小目标探测具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及声纳领域，特别涉及一种适用于浅海侧扫声纳的界面混响抑制方法。

背景技术

侧扫声纳是目前应用广泛的水下地貌和水下小目标探测设备。工作时，侧扫声 纳在垂直于航向方向形成两个窄波束，通过目标回波强度变化反应海底的地貌特征， 用于水下小目标检测时，目标回波产生的亮点和由于遮蔽引起的声阴影是用于目标 检测的主要特征。但是，侧扫声纳在浅海使用时多途效应显著，由多途效应引入的 界面混响导致图像对比度下降、图像清晰度降低等，是影响浅海侧扫声纳工作性能 的主要因素。

为抑制界面混响，现有侧扫声纳一般采用调整基阵安装角的方法，即在界面混 响显著时增大基阵安装倾斜角，使得辐射面朝向水底，从而减小来自水面的多途， 但这会影响最大作用距离。

发明内容

本发明的目的在于克服已有的界面混响抑制方法探测距离受限的缺陷，从而提 供一种能提高浅海侧扫声纳工作性能的界面混响抑制方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于浅海侧扫声纳的界面混响抑制方 法，包括：

步骤1)、选用换能器阵为上下阵模式的侧扫声纳；

步骤2)、为侧扫声纳的换能器阵中的上下阵分别设定波束开角；

步骤3)、侧扫声纳的换能器阵中的上、下阵采用频分、时分相结合的方法生成 信号并发射。

上述技术方案中，上阵的垂直波束开角与下阵的垂直波束开角之和在40-55度之 间，上阵垂直波束开角小于下阵垂直波束开角，且上阵垂直波束开角在10-18度之间。

上述技术方案中，上阵垂直波束开角为14度，下阵垂直波束开角为28度。

上述技术方案中，所述步骤3)进一步包括：

步骤3-1)、设定上阵所要发射的信号的中心频率为f₁，该信号在t₁时段发射， 该信号的表达式为：

s₁(n)＝exp[j(2πf₁t+πkt²)]t∈[t₁,t₁+T]；

其中，k为频率变化率，T表示脉冲周期；

步骤3-2)、设定下阵所要发射的信号的中心频率为f₂，该信号在t₂时段发射， 该信号的表达式为：

s₂(n)＝exp[j(2πf₂t+πkt²)]t∈[t₂,t₂+T]。

本发明的优点在于：

本发明针对浅海侧扫声纳使用中，由于多途效应导致界面混响影响显著的问题， 提出一种基于阵设计技术的界面混响抑制方法。该方法采用上下两条子阵，实现两 个收发窄波束，通过空间处理实现直达波与多途信号分离。该方法可以在侧扫声纳 性能保证的基础上，兼顾远距离探测的需要，对于实现侧扫声纳高效率浅海小目标 探测具有重要意义。

附图说明

图1是侧扫声纳的多途结构示意图；

图2是成上下阵模式的换能器阵的示意图；

图3是上阵垂直波束开角与下阵垂直波束开角的示意图；

图4是采用现有技术中的常规声纳所得到的多途信号的出射角随距离变化曲线 的示意图；

图5是采用现有技术中的常规声纳所得到的多途信号的入射角随距离变化曲线 的示意图；

图6是采用本发明的方法所得到的侧扫声纳出射角随距离变化曲线的示意图；

图7是采用本发明的方法所得到的侧扫声纳入射角随距离变化曲线的示意图；

图8是本发明的方法的流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

在对本发明加以描述之前，首先分析浅海侧扫声纳的多途结构。所谓的多途结 构是指多途信号的时间空间分布规律。在水深H，拖曳深度h，水面平整且仅考虑存 在镜面反射的条件下，侧扫声纳的多途结构示意图如图1所示。该多途结构仅考虑 强度较大的前三阶多途，分别表示为B、Bs、sB、Bsb、bsB；其中，B代表一次底 散射，s代表一次水面镜反射，b代表一次水底镜反射。

为了实现界面混响抑制，参考图8，本发明的方法包括以下步骤：

步骤1)、选用换能器阵为上下阵模式的侧扫声纳。

图2为成上下阵模式的换能器阵的示意图，从图中可以看出，该换能器阵分为 上阵与下阵，所述上阵与下阵各自包括有若干个线型排列的换能器。这一模式的换 能器阵有助于实现直达波与多途的分离。

步骤2)、为换能器阵中的上下阵分别设定波束开角。

根据侧扫声纳的设计要求，参见图3，在一个实施例中，上阵垂直波束开角14 度，下阵垂直波束开角28度。在其他实施例中，上阵垂直波束开角与下阵垂直波束 开角之和一般在40-55度之间，上阵垂直波束开角小于下阵垂直波束开角，且上阵垂 直波束开角一般为10-18度。通过波束开角的设定，成上下阵模式的换能器阵能够形 成上下两个窄波束。

步骤3)、换能器阵中的上、下阵采用频分、时分相结合的方法生成信号并发射。

为了区分上阵与下阵所发射的波束信号，设定上阵所要发射的信号的中心频率 为f₁，该信号在t₁时段发射，其表达式如下：

s₁(n)＝exp[j(2πf₁t+πkt²)]t∈[t₁,t₁+T]

其中，k为频率变化率，T表示脉冲周期。

设定下阵所要发射的信号的中心频率为f₂，该信号在t₂时段发射，其表达式如 下：

s₂(n)＝exp[j(2πf₂t+πkt²)]t∈[t₂,t₂+T]

其中，k为频率变化率。

由上阵和下阵分别发射的两组信号的中心频率不同，发射时间上也不同，所以 不会造成混叠。

下面结合实例对本发明的方法加以说明。

在一个实例中，假设所要探测区域的水深为10m，侧扫声纳的拖曳深度为4m， 其多途结构如图4和图5所示(考虑仅占主要影响的前三阶多途)。如果采用现有技 术中的侧扫声纳，其垂直波束开角为40度，安装倾斜角为10度，则收发波束角范 围为10度到-30度。根据图4和图5的多途结构示意图可以看出，此时前三阶主要 多途都会与直达波混叠，造成严重的界面混响干扰。

采用本方法的方法后，由于采用了窄波束设计，可有效去除二阶多途的影响。 二阶多途折返次数少，能量衰减小，是最主要的多途分量，因此，从图6和图7可 以看出，采用本方法后，多途混响将得到有效抑制。

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。