Page 96 - 《应用声学》2020年第2期

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单次快拍即可实现波束形成，VTAMVDR 算法相
0 引言
比于频域 MVDR 算法具有较好的性能，具有更高
的分辨率和更窄的波束角。由于 VTAMVDR 较优
船舶辐射噪声在低频段具有丰富的线谱成分，
的性能且采用单次快拍实现波束形成，使得基于
是一种较稳定的特征信息，此线谱成分的检测对水
VTAMVDR可以实现对跟踪目标的听测，更好地实
下目标的定位和识别具有重要意义。而矢量水听器
现对目标的跟踪波束信号进行分析。本文的研究是
在获取目标信息上具有优势，可以同时获取声压和
在对 VTAMVDR 波束形成后所得到跟踪目标声压
振速信号，有利于对弱目标的探测。针对矢量信号
和振速信号基础上进行的。处理流程如图1所示。
的低频线谱处理，目前的研究大多集中在单个矢量
M 个矢量水听器均匀布放，间距为d，输入信号
水听器研究上 [1−3] ，对矢量阵波束形成输出信号的
经 Hilbert 变换 H(·)，再分别与权系数相乘 (权系数
低频线谱提取研究较少。为了有效地将矢量线阵
的计算见文献 [4])，并求和，取逆傅里叶变换实部，
(Vector sensor line array, VLA)获取的船舶辐射噪
(t)、
声特征线谱从宽带背景噪声中分离出来，本文研究 可得波束形成后阵列声压和振速信号 y p (t)、y v x
(t)。
了利用 VLA 波束域信号提取水声目标噪声低频线 y v y
目标识别关心的问题是船舶辐射噪声的连续
谱特征的方法。
谱和离散线谱，怎样获得连续谱和离散线谱是低频
1 VLA跟踪目标低频线谱提取 线谱分析所要解决的问题。提取线谱时需要把连续
谱从整个谱中减去，在剩下的谱中提取线谱。图2给
文献 [4] 中研究了处理矢量阵信号的矢量矩阵 出了VLA跟踪目标低频线谱提取框图。
最小方差无畸变响应 (Vector array minimum vari- 本文提出的 VLA 跟踪目标低频线谱提取方法
ance distortionless response, VTAMVDR)算法，该 具体实现步骤如下：
算法通过 Hilbert 变换对时域宽带信号引入复权向 (1) 信号预处理
量，不需要进行子带分割，且不需要对数据进行 每段 N 个采样点，将每段信号采样样本 x(n)
分块处理，获得稳定优化权向量估计所需要的数 做中心化处理，中心化处理是为了使样本的均值为
据长度远小于频域 MVDR 方法，数据长度合适时， 零 [5] 。

P
  x
Dτ 1 Hilbert y p 
§ w 1 IFFT
 x 
໚
Dτ 2 Hilbert y p Ĥ y p
ฉ 
w 2
⊲⊲⊲
x
M M
Hilbert y p M
Dτ M
w M
V x
  x
Hilbert y
Dτ 1
v x 
§ w IFFT
w 1 1
 x 
໚
໚ Hilbert y y
ฉ Dτ 2 v x  Ĥ v x
ฉ
w
w 2 2
⊲⊲⊲
x
M M
Dτ M Hilbert y v x M
w M
w M
V y
  x
Dτ 1 Hilbert y
v y 
§ w IFFT
w 1 1
 ໚ x 
໚
Dτ 2 2
ฉ Dτ Hilbert y v y  Ĥ y y v y v y
ฉ
w
w 2 2
⊲⊲⊲
x
M M
Dτ M Hilbert y
Dτ M
v y M
w M
w M
图 1 VTAMVDR 跟踪方位声压与振速信号提取流程
Fig. 1 Extraction process of VTAMVDR tracking azimuth sound pressure and vibration velocity signals