2021年声纳浮标对空中声源干扰的抑制方法研究声纳浮标.docx

声纳浮标对空中声源干扰的抑制方法研究声纳浮标

　　 　　摘 要： 声纳浮标的空中布放平台含有和水下目标相近的噪声特征。应用自适应信号处理技术对空中直升机噪声干扰抑制问题进行了研究。分别以直升机空中噪声和组合振速为参考信号，选择基于最小均方误差LMS准则进行自适应干扰抵消。仿真分析表明以组合振速为参考信号能够有效抑制高速运动直升机的噪声。
　　关键词： 声纳浮标； 直升机噪声； 自适应； 干扰抑制
　　中图分类号：TN955?34 文件标识码： A 文章编号： 1004?373X202119?0009?03
　　0 引 言
　　航空反潜是主要的反潜手段之一。现在航空反潜平台使用的声学搜潜设备关键有吊放式声纳和声纳浮标，其中声纳浮标体积小，可携带数量多，效率高，布放和使用方便，和其它搜潜设备兼容性好，被广泛应用在多种航空反潜平台上。多年来伴随水听器技术和信号处理技术的发展，声纳浮标在作用距离，弱信号检测能力和定位精度等方面都有较大提升。不过反潜飞机作为空中声源，其噪声和潜艇的辐射噪声在频率特征方面很相近，当反潜飞机低空飞行或悬停时，其辐射噪声会透过海面在海水中传输1，含有弱信号探测能力的声纳浮标轻易受到其干扰。
　　本文假设存在空中噪声干扰时，以采取单矢量水听器的声纳浮标为应用平台，经过自适应信号处理技术抵消空中噪声干扰。以最小均方误差LMS准则为基础，提出两种自适应抵消空中噪声的方法，并经过仿真对比研究二者性能差异。
　　1 存在空中噪声时声纳浮标的方位估量
　　以含有经典空中噪声特征的直升机为例，其噪声会对浮标的探测产生干扰，原因在于潜艇的水下辐射噪声和直升机噪声特点相近，潜艇噪声包含机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三大类2，也是由连续谱噪声和关键集中在低频段小于1 kHz的非连续线谱分量所组成，线谱基频关键集中在1～100 Hz频段内3。
　　对存在直升机噪声干扰的方位估量进行仿真分析。
　　仿真1：直升机方位50°，辐射噪声为50～800 Hz的连续谱，叠加基频为65 Hz的8根谐波簇线谱。环境噪声为高斯白噪声，水下干噪比为0 dB。目标方位270°，辐射噪声由基频为45 Hz的12根谐波簇线谱，叠加10～600 Hz的连续谱组成，水下信噪比为0 dB。积分时间为1 s。
　　结果表明浮标对目标的方位估量有偏差，由干扰和目标的声能流合成方位，且估量结果偏向能量高的一方。因为目标和干扰信号中全部含有较强的线谱分量，矢量水听器能够采取直方图和加权直方图法4进行目标方位估量，估量结果图1，图2所表示。
　　由图1，图2可知，当有多个相干声源存在时，若连续谱频带大部分重合，则直方图法的方位估量结果受干扰影响比较大，不能估量目标方位。为突出线谱分量的作用，采取加权直方图法时，只要各声源辐射噪声的线谱分量不完全重合，矢量水听器则可实现多目标的方位估量，但不能识别目标和干扰。
　　2 空中噪声干扰自适应抵消
　　滤波器是抑制噪声干扰很有效的方法。因为潜艇和空中平台噪声在频带上大部分重合，所以不适合采取参数固定的带阻滤波器抑制噪声干扰。本文选择基于LMS法的自适应干扰抵消器抑制空中噪声5。
　　自适应干扰抵消需要一个和噪声或和目标信号相关的参考输入，本文以直升机噪声为干扰源，分别以直升机空中噪声和以组合振速为参