一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104122544 A (43)申请公布日 2014.10.29 CN 104122544 A (21)申请号 201310150050.3 (22)申请日 2013.04.26 G01S 7/537(2006.01) (71)申请人中国科学院声学研究所地址 100190 北京市海淀区北四环西路 21 号 (72)发明人田甜孙长瑜陈新华余华兵方华李媛钟茜 (74)专利代理机构北京法思腾知识产权代理有限公司 11318 代理人杨小蓉杨林 (54) 发明名称一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统 (57) 摘要本发明提出了一种拖线阵。

2、声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统，所述方法包含：步骤 101）对拖线阵阵元接收的信号进行波束成形处理得到 i方位上对应的波束 Bi的波束域信号；步骤 102）依据波束域信号采用重构策略得到 i方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号；步骤 103）将各个阵元实际接收的信号分别与所述 i方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号作差，得到抵消了 i方位干扰的各阵元的信号；步骤 104）对另一方位 j上的干扰重复上述步骤，直至抵消来自各方位的干扰信号对拖线阵的各阵元实际接收信号的影响。所述重构策略为：以拖线阵中第零个阵元为基准，将干扰所在波。

3、束的波束域信号按照各阵元的延时量进行预延时。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 5 页附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页 (10)申请公布号 CN 104122544 A CN 104122544 A 1/2 页 2 1. 一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，所述方法包含：步骤 101）对拖线阵阵元接收的信号进行波束成形处理得到 i方位上对应的波束 Bi 的波束域信号；其中， Bi用于标记波束编号，且 i为已知的存在大干扰源的方位角；步骤 102）依据波束域信号采用重构策。

4、略得到 i方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号；步骤 103）将各个阵元实际接收的信号分别与所述 i方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号作差，得到抵消了 i方位干扰的各阵元的信号；步骤 104）对另一方位 j上的干扰重复上述步骤，直至抵消来自各方位的干扰信号对拖线阵的各阵元实际接收信号的影响。 2. 根据权利要求 1 所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，其特征在于，当拖线阵为等间距的直线阵时，步骤 101）所述的波束成形处理为：将拖线阵中的第零个阵元为基准，对 N 个阵元接收的阵元域信号采用如下公式实施延时求和处理：其中，是来自 i方。

5、向的信号在第 n 个阵元上对应的延时； n 0,1,N-1 ； d 是阵元间距； c 是水中声速；为波束成形处理后得到 i方位上的波束域信号； Bi为待抵消干扰所在方位对应的波束号。 3. 根据权利要求 2 所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，其特征在于，所述重构策略为：以拖线阵中第零个阵元为基准，将干扰所在波束的波束域信号按照各阵元的延时量进行预延时，具体公式如下：其中，是存在干扰源的方位 i方向上的信号在第 n 个阵元上对应的延时； n 0,1,N-1 ； d 是阵元间距； c 是水中声速； un(t) 是来自方位 i方向上的干扰对第 n 个。

6、阵元产生的干扰信号。 4. 根据权利要求 2 所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，其特征在于，所述步骤 103）采用如下公式得到抵消干扰后的阵元接收信号： x n(t) xn(t)-un(t)， n 0,1,N-1 其中， xn(t) 是当前时刻各阵元实际采集到的信号， un(t) 是利用波束域信号经过预延时重构得到的干扰的阵元域信号， x n(t) 是干扰抵消后得到的新阵元域信号。 5. 一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征在于，所述系统包含：大干扰源方位获取模块，用于从接收信号中提取存在大干扰源的方位信息；方位干扰波束域信号获取模块，用于将各。

7、个阵元的接收信号进行波束成形处理，获取某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号；阵元域干扰信号获取模块，用于基于波束域信号采用重构策略获得某方位的干扰源对权利要求书 CN 104122544 A 2 2/2 页 3 各个阵元信号的干扰信号；干扰消除模块，用于将重构得到的阵元信号从各阵元实际采集到的信号中减去，获得消除某一干扰的阵元域信号；判断模块，用于判断是否将大干扰源方位获取模块获取的所有方位角均进行了干扰消除，如果没有，则将干扰消除模块输出的信号重新输入方位干扰波束域信号获取模块和干扰消除模块进行针对某个方位的干扰消除，直至所有干扰均被消除。 6。

8、. 根据权利要求 5 所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征在于，所述方位干扰波束域信号获取模块进一步包含：阵元域信号获取子模块，用于提取各阵元接收的信号或者获取经干扰消除后的各阵元接收的信号；第一处理子模块，用于将各阵元域信号获取子模块获取的阵元域信号基于某个存在大干扰源的方位角度进行时延处理，其中所述时延为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时；第二处理子模块，用于将各个阵元输出的第一处理子模块处理后的信号求和，得到某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号。 7. 根据权利要求 5 所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征。

9、在于，所述干扰信号获取模块采用预延时策略重构来自某个方位的干扰源信号对各个阵元的干扰信号，其中，所述的预延时为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时。权利要求书 CN 104122544 A 3 1/5 页 4 一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统技术领域 0001 本发明涉及阵列信号处理中的干扰抑制技术，特别涉及一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统。背景技术 0002 拖线阵声纳由于远离拖曳平台，受到的本舰噪声干扰相对小，因而常被用于检测潜艇等水中微弱目标。然而，在实际工作环境中，常常存在大吨位水面舰船等强目标，这些目标。

10、辐射噪声级高，存在于同一海域时会大大降低拖线阵声纳设备对于微弱目标的接收信噪比，最终给目标检测造成很大困难。 0003 目前，针对这种拖线阵声纳本舰噪声的抵消方法已经有了较为系统的研究，装备中多采用自适应噪声抵消等方法，其核心是使用干扰波束输出作为其参考输入来抵消每个阵元上的干扰。但在声纳系统的实际应用过程中，人们发现，本舰噪声远不是唯一的高声源级干扰源，大型水面舰船的辐射噪声同样对微弱目标的检测产生很大影响。然而，水面舰船目标的方位是随机的，且作为一个目标，是否需要被抵消，需要声纳使用者根据现场实际情况决定。因此，大多数用于抵消本舰噪声的自适应算法并。

11、不能完全适用于抵消固定大目标的干扰，难以满足实际的应用需求。发明内容 0004 本发明的目的是将声纳探测范围内出现的固定方位大目标的辐射噪声进行抵消，以提高系统对需要探测的微弱目标的接收信噪比，即本发明提供了一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统。 0005 为实现上述目的，本发明提供了一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，所述方法包含： 0006 步骤 101）对拖线阵阵元接收的信号进行波束成形处理得到 i方位上对应的波束 Bi的波束域信号； 0007 其中， Bi用于标记波束编号，且 i为已知的存在大干扰源的方位角； 0008 步骤 102）依据波。

12、束域信号采用重构策略得到 i方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号； 0009 步骤 103）将各个阵元实际接收的信号分别与所述 i方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号作差，得到抵消了 i方位干扰的各阵元的信号； 0010 步骤 104）对另一方位 j上的干扰重复上述步骤，直至抵消来自各方位的干扰信号对拖线阵的各阵元实际接收信号的影响。 0011 当拖线阵的各阵元为等间距的直线阵时，步骤 101）所述的波束成形处理为：将拖线阵中的第零个阵元为基准，对 N 个阵元接收的阵元域信号采用如下公式实施延时求和处理：说明书 CN 104122544 A 4 。

13、2/5 页 5 0012 0013 其中，是来自 i方向的信号在第 n 个阵元上对应的延时； n 0,1,N-1 ； d是阵元间距； c是水中声速；为波束成形处理后得到i方位上的波束域信号； Bi为待抵消干扰所在方位对应的波束号。 0014 上述重构策略为：以拖线阵中第零个阵元为基准，将干扰所在波束的波束域信号按照各阵元的延时量进行预延时，具体公式如下： 0015 0016 其中，是存在干扰源的方位 i方向上的信号在第 n 个阵元上对应的延时； n 0,1,N-1 ； d 是阵元间距； c 是水中声速； un(t) 是来自方位 i方向上的干扰对第 n 个阵元产生。

14、的干扰信号。 0017 上述步骤 103）采用如下公式得到抵消干扰后的阵元接收信号： 0018 x n(t) xn(t)-un(t)， n 0,1,N-1 0019 其中， xn(t) 是当前时刻各阵元实际采集到的信号， un(t) 是利用波束域信号经过预延时重构得到的干扰的阵元域信号， x n(t) 是干扰抵消后得到的新阵元域信号。 0020 为了实现上述方法，本发明还提供了一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征在于，所述系统包含： 0021 大干扰源方位获取模块，用于从接收信号中提取存在大干扰源的方位信息； 0022 方位干扰波束域信号获取模块，用于将各个阵。

15、元的接收信号进行波束成形处理，获取某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号； 0023 阵元域干扰信号获取模块，用于基于波束域信号采用重构策略获得某方位的干扰源对各个阵元信号的干扰信号； 0024 干扰消除模块，用于将重构得到的阵元信号从各阵元实际采集到的信号中减去，获得消除某一干扰的阵元域信号； 0025 判断模块，用于判断是否将大干扰源方位获取模块获取的所有方位角均进行了干扰消除，如果没有，则将干扰消除模块输出的信号重新输入方位干扰波束域信号获取模块和干扰消除模块进行针对某个方位的干扰消除，直至所有干扰均被消除。 0026 上述方位干扰波束域信号获取模块进一步包含。

16、： 0027 阵元域信号获取子模块，用于提取各阵元接收的信号或者获取经干扰消除后的各阵元接收的信号； 0028 第一处理子模块，用于将各阵元域信号获取子模块获取的阵元域信号基于某个存在大干扰源的方位角度进行时延处理，其中所述时延为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时； 0029 第二处理子模块，用于将各个阵元输出的第一处理子模块处理后的信号求和，得到某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号。说明书 CN 104122544 A 5 3/5 页 6 0030 上述干扰信号获取模块采用预延时策略重构来自某个方位的干扰源信号对各个阵元的干扰信号，其中，所。

17、述的预延时为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时。 0031 与现有技术相比，本发明的技术优势在于：本发明提供的方法适用于拖线阵声纳探测范围内任意方向上存在的大干扰源的抵消，可以级联使用该方法，并通过灵活设定每一级抵消运算所对应的干扰方位，达到抵消探测范围内所有固定方位大干扰源的目的。与单纯的本舰噪声抵消方法相比，该方法具有更高的灵活性，可将抵消效果延伸至更多干扰源。同时，需要特别指出的是，该方法同样适用于单纯的本舰噪声抵消工作，级联使用该方法，可很好地将本舰噪声的直达声及各路反射声抵消掉。附图说明 0032 图 1 是本发明一个优选实施例，。

18、级联使用本发明抵消两个方向上的强干扰的流程。具体实施方式 0033 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细阐述说明。 0034 本发明采取的技术方案，利用大目标干扰所在波束的信号，重构出该目标形成的阵元域干扰信号，并将这个干扰信号直接从阵元域减去，最终实现干扰的抵消。当以拖线阵中第 0 号阵元为基准时，其步骤如下： 0035 1）对获得的 N 个阵元的时域信号 xn(t)， n 0,1,N-1，实施时域常规波束成形处理（CBF），得到干扰所在方位 i对应的波束 Bi的时域信号其中， i是信号入射方向与拖线阵法线的夹角；是 i方向的信号在第 n 个阵元上对。

19、应的延时； n 0,1,N-1 ； d 是阵元间距； c 是水中声速。 0036 2）对步骤 1）输出的波束时域信号实施阵元域信号重构，获得波束 Bi对应的 i方向上的干扰在各阵元上产生的时域信号其中，是 i方向的信号在第 n 个阵元上对应的延时； n 0,1,N-1 ； d 是阵元间距； c 是水中声速； 0037 3）将步骤 2）获得的干扰在各阵元生成的信号从各阵元接收到的信号中减去，得到不包含干扰信号的阵元域信号 x n(t) xn(t)-un(t)， n 0,1,N-1 ； 0038 4）若还有其它干扰需要抵消，则用 x n(t) 代替原阵元域信号 xn。

20、(t)，重复上述步骤 1）至 3），直至所有方位的干扰均被完全抵消；将所有干扰均被抵消后得到的阵元域信号记为 xxn(t)， n 0,1,N-1，对 xxn(t) 进行常规波束成形处理，即可获得方位信息，该方位信息中，不包括已经被抵消掉的干扰， xxn(t) 还可用于其它声纳系统信号处理运算。 0039 上述步骤 1）以拖线阵中第 0 个阵元为基准，对 N 个阵元的时域信号 xn(t) 实施 “延时 - 求和”的时域常规波束成形处理，计算出第 Bi个波束的波束信号说明书 CN 104122544 A 6 4/5 。

21、页 7 是i方向的信号在第n个阵元上对应的延时， n 0,1,N-1， d 是阵元间距， c 是水中声速，下同； 0040 上述步骤 2）对步骤 1）输出的波束域信号实施 “预延时” ，以重构该波束上的干扰信号在各阵元上的 “贡献” ，记为 0041 上述步骤 3）将步骤 2）输出的由波束域信号经过 “预延时” 重构的干扰在各阵元产生的信号从各阵元实际接收到的信号中减去，记为 x n(t) xn(t)-un(t)， n 0,1, ,N-1，这实际上就是从各阵元中减去了该干扰对接收信号的 “贡献” ，使阵元域信号中不再包含该干扰造成的影响，达到了将该干扰抵消的目的。

22、； 0042 上述步骤 4）通过对步骤 1）至 3）的重复，实际上是级联使用该干扰抵消方法，达到同时抵消不同方位上的多个干扰的目的。最终获得的阵元域信号中，已经不包含所有抵消掉的干扰的影响，因此，声纳系统用这一组阵元域信号来进行波束成形等处理，得到的结果也将所抵消的干扰的影响排除在外。 0043 以阵元数目为 N、各阵元间的间距为 d 的直线阵抵消分别在 1和 2方向上的干扰为例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 0044 实施例： 0045 步骤 201，设阵元域信号表示为 xn(t)（其中， n 0,1,N-1，且 N 表示接收。

23、阵包含的阵元的总个数），该信号应为信号处理系统接收到的原始阵元信号。以第 0 号阵元为基准，则 1方向对应的波束 B1的波束域信号应表示为其中，是第 B1号波束对应的单位延时，则表示第 B1号波束在第 n 个阵元上对应的延时， n 0,1,N-1。 0046 步骤 202，利用步骤 201 中求得的波束 B1的波束域信号来重构 1方向上的干扰在各个阵元中产生的时域信号，可用预延时的方法来实现重构。将 1方向上的干扰在第 n 个阵元中产生的时域信号记为 un(t)，则同样地，有表示第 B1号波束在第 n 个阵元上对应的延时，。

24、 n 0,1,N-1 ； 0047 步骤 203，将重构的干扰 1对应的阵元信号从各阵元实际采集的信号中减去，将减去干扰后的阵元域信号记为记为记为 x n(t)， n 0,1,N-1，则 xn(t) xn(t)-un(t)， n 0,1,N-1 ； 0048 此时，若使用xn(t)作为声纳系统的输入来进行信号处理运算，获得的方位信息等结果中将不包含 1方向上的干扰。 0049 步骤 204，将步骤 201 中的 xn(t) 用 x n(t) 替换， n 0,1,N-1， 1用 2 替换， B1用 B2替换（B2为 2方向对应的波束），并重复步骤 101 至 103，进行波。

25、束成形运说明书 CN 104122544 A 7 5/5 页 8 算，获得波束 B2的波束域信号并由此重构 2方向上的干扰对应的阵元域信号最后将这个干扰的阵元域信号从 x n(t) 中减去，记为 xn(t) x n(t)-un(t)。 0050 令 xxn(t) x n(t)，这就是抵消完全部两个干扰后得到的阵元域信号，声纳系统利用这个信号来完成波束成形等信号处理工作，得到的结果就不会包含这两个干扰的影响，增加了其它目标信号的信噪比。 0051 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。说明书 CN 104122544 A 8 1/1 页 9 图 1 说明书附图 CN 104122544 A 9 。

摘要
申请专利号：	CN201310150050.3	申请日：	2013.04.26
公开号：	CN104122544A	公开日：	2014.10.29
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G01S 7/537申请日:20130426\|\|\|公开
IPC分类号：	G01S7/537	主分类号：	G01S7/537
申请人：	中国科学院声学研究所
发明人：	田甜; 孙长瑜; 陈新华; 余华兵; 方华; 李媛; 钟茜
地址：	100190 北京市海淀区北四环西路21号
优先权：
专利代理机构：	北京法思腾知识产权代理有限公司 11318	代理人：	杨小蓉;杨林
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内容摘要

本发明提出了一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统，所述方法包含：步骤101）对拖线阵阵元接收的信号进行波束成形处理得到θi方位上对应的波束Bi的波束域信号；步骤102）依据波束域信号采用重构策略得到θi方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号；步骤103）将各个阵元实际接收的信号分别与所述θi方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号作差，得到抵消了θi方位干扰的各阵元的信号；步骤104）对另一方位θj上的干扰重复上述步骤，直至抵消来自各方位的干扰信号对拖线阵的各阵元实际接收信号的影响。所述重构策略为：以拖线阵中第零个阵元为基准，将干扰所在波束的波束域信号按照各阵元的延时量进行预延时。

权利要求书

权利要求书
1.  一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，所述方法包含：
步骤101）对拖线阵阵元接收的信号进行波束成形处理得到θi方位上对应的波束Bi的波束域信号；
其中，Bi用于标记波束编号，且θi为已知的存在大干扰源的方位角；
步骤102）依据波束域信号采用重构策略得到θi方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号；
步骤103）将各个阵元实际接收的信号分别与所述θi方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号作差，得到抵消了θi方位干扰的各阵元的信号；
步骤104）对另一方位θj上的干扰重复上述步骤，直至抵消来自各方位的干扰信号对拖线阵的各阵元实际接收信号的影响。

2.  根据权利要求1所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，其特征在于，当拖线阵为等间距的直线阵时，步骤101）所述的波束成形处理为：将拖线阵中的第零个阵元为基准，对N个阵元接收的阵元域信号采用如下公式实施延时求和处理：
yBi(t)=1NΣn=0N-1xn[t-nτ(θi)],]]>
其中，是来自θi方向的信号在第n个阵元上对应的延时；n＝0,1,…,N-1；d是阵元间距；c是水中声速；为波束成形处理后得到θi方位上的波束域信号；Bi为待抵消干扰所在方位对应的波束号。

3.  根据权利要求2所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，其特征在于，所述重构策略为：以拖线阵中第零个阵元为基准，将干扰所在波束的波束域信号按照各阵元的延时量进行预延时，具体公式如下：
un(t)=yBi[t+nτ(θi)]]]>
其中，是存在干扰源的方位θi方向上的信号在第n个阵元上对应的延时；n＝0,1,…,N-1；d是阵元间距；c是水中声速；un(t)是来自方位θi方向上的干扰对第n个阵元产生的干扰信号。

4.  根据权利要求2所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，其特征在于，所述步骤103）采用如下公式得到抵消干扰后的阵元接收信号：
x′n(t)＝xn(t)-un(t)，n＝0,1,…,N-1
其中，xn(t)是当前时刻各阵元实际采集到的信号，un(t)是利用波束域信号经过预延时重构得到的干扰的阵元域信号，x′n(t)是干扰抵消后得到的新阵元域信号。

5.  一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征在于，所述系统包含：
大干扰源方位获取模块，用于从接收信号中提取存在大干扰源的方位信息；
方位干扰波束域信号获取模块，用于将各个阵元的接收信号进行波束成形处理，获取某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号；
阵元域干扰信号获取模块，用于基于波束域信号采用重构策略获得某方位的干扰源对各个阵元信号的干扰信号；
干扰消除模块，用于将重构得到的阵元信号从各阵元实际采集到的信号中减去，获得消除某一干扰的阵元域信号；
判断模块，用于判断是否将大干扰源方位获取模块获取的所有方位角均进行了干扰消除，如果没有，则将干扰消除模块输出的信号重新输入方位干扰波束域信号获取模块和干扰消除模块进行针对某个方位的干扰消除，直至所有干扰均被消除。

6.  根据权利要求5所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征在于，所述方位干扰波束域信号获取模块进一步包含：
阵元域信号获取子模块，用于提取各阵元接收的信号或者获取经干扰消除后的各阵元接收的信号；
第一处理子模块，用于将各阵元域信号获取子模块获取的阵元域信号基于某个存在大干扰源的方位角度进行时延处理，其中所述时延为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时；
第二处理子模块，用于将各个阵元输出的第一处理子模块处理后的信号求和，得到某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号。

7.  根据权利要求5所述的拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征在于，所述干扰信号获取模块采用预延时策略重构来自某个方位的干扰源信号对各个阵元的干扰信号，其中，所述的预延时为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时。

说明书

说明书一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统
技术领域
本发明涉及阵列信号处理中的干扰抑制技术，特别涉及一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统。
背景技术
拖线阵声纳由于远离拖曳平台，受到的本舰噪声干扰相对小，因而常被用于检测潜艇等水中微弱目标。然而，在实际工作环境中，常常存在大吨位水面舰船等强目标，这些目标辐射噪声级高，存在于同一海域时会大大降低拖线阵声纳设备对于微弱目标的接收信噪比，最终给目标检测造成很大困难。
目前，针对这种拖线阵声纳本舰噪声的抵消方法已经有了较为系统的研究，装备中多采用自适应噪声抵消等方法，其核心是使用干扰波束输出作为其参考输入来抵消每个阵元上的干扰。但在声纳系统的实际应用过程中，人们发现，本舰噪声远不是唯一的高声源级干扰源，大型水面舰船的辐射噪声同样对微弱目标的检测产生很大影响。然而，水面舰船目标的方位是随机的，且作为一个目标，是否需要被抵消，需要声纳使用者根据现场实际情况决定。因此，大多数用于抵消本舰噪声的自适应算法并不能完全适用于抵消固定大目标的干扰，难以满足实际的应用需求。
发明内容
本发明的目的是将声纳探测范围内出现的固定方位大目标的辐射噪声进行抵消，以提高系统对需要探测的微弱目标的接收信噪比，即本发明提供了一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消方法，所述方法包含：
步骤101）对拖线阵阵元接收的信号进行波束成形处理得到θi方位上对应的波束Bi的波束域信号；
其中，Bi用于标记波束编号，且θi为已知的存在大干扰源的方位角；
步骤102）依据波束域信号采用重构策略得到θi方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号；
步骤103）将各个阵元实际接收的信号分别与所述θi方位上的干扰在各阵元中产生干扰的时域信号作差，得到抵消了θi方位干扰的各阵元的信号；
步骤104）对另一方位θj上的干扰重复上述步骤，直至抵消来自各方位的干扰信号对拖线阵的各阵元实际接收信号的影响。
当拖线阵的各阵元为等间距的直线阵时，步骤101）所述的波束成形处理为：将拖线阵中的第零个阵元为基准，对N个阵元接收的阵元域信号采用如下公式实施延时求和处理：
yBi(t)=1NΣn=0N-1xn[t-nτ(θi)],]]>
其中，是来自θi方向的信号在第n个阵元上对应的延时；n＝0,1,…,N-1；d是阵元间距；c是水中声速；为波束成形处理后得到θi方位上的波束域信号；Bi为待抵消干扰所在方位对应的波束号。
上述重构策略为：以拖线阵中第零个阵元为基准，将干扰所在波束的波束域信号按照各阵元的延时量进行预延时，具体公式如下：
un(t)=yBi[t+nτ(θi)]]]>
其中，是存在干扰源的方位θi方向上的信号在第n个阵元上对应的延时；n＝0,1,…,N-1；d是阵元间距；c是水中声速；un(t)是来自方位θi方向上的干扰对第n个阵元产生的干扰信号。
上述步骤103）采用如下公式得到抵消干扰后的阵元接收信号：
x′n(t)＝xn(t)-un(t)，n＝0,1,…,N-1
其中，xn(t)是当前时刻各阵元实际采集到的信号，un(t)是利用波束域信号经过预延时重构得到的干扰的阵元域信号，x′n(t)是干扰抵消后得到的新阵元域信号。
为了实现上述方法，本发明还提供了一种拖线阵声纳固定方位大干扰源的抵消系统，其特征在于，所述系统包含：
大干扰源方位获取模块，用于从接收信号中提取存在大干扰源的方位信息；
方位干扰波束域信号获取模块，用于将各个阵元的接收信号进行波束成形处理，获取某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号；
阵元域干扰信号获取模块，用于基于波束域信号采用重构策略获得某方位的干扰源对各个阵元信号的干扰信号；
干扰消除模块，用于将重构得到的阵元信号从各阵元实际采集到的信号中减去，获得消除某一干扰的阵元域信号；
判断模块，用于判断是否将大干扰源方位获取模块获取的所有方位角均进行了干扰消除，如果没有，则将干扰消除模块输出的信号重新输入方位干扰波束域信号获取模块和干扰消除模块进行针对某个方位的干扰消除，直至所有干扰均被消除。
上述方位干扰波束域信号获取模块进一步包含：
阵元域信号获取子模块，用于提取各阵元接收的信号或者获取经干扰消除后的各阵元接收的信号；
第一处理子模块，用于将各阵元域信号获取子模块获取的阵元域信号基于某个存在大干扰源的方位角度进行时延处理，其中所述时延为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时；
第二处理子模块，用于将各个阵元输出的第一处理子模块处理后的信号求和，得到某个方位的大干扰源对应波束的波束域信号。
上述干扰信号获取模块采用预延时策略重构来自某个方位的干扰源信号对各个阵元的干扰信号，其中，所述的预延时为来自某个大干扰源方向的信号在各个阵元上对应的延时。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：本发明提供的方法适用于拖线阵声纳探测范围内任意方向上存在的大干扰源的抵消，可以级联使用该方法，并通过灵活设定每一级抵消运算所对应的干扰方位，达到抵消探测范围内所有固定方位大干扰源的目的。与单纯的本舰噪声抵消方法相比，该方法具有更高的灵活性，可将抵消效果延伸至更多干扰源。同时，需要特别指出的是，该方法同样适用于单纯的本舰噪声抵消工作，级联使用该方法，可很好地将本舰噪声的直达声及各路反射声抵消掉。
附图说明
图1是本发明一个优选实施例，级联使用本发明抵消两个方向上的强干扰的流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细阐述说明。
本发明采取的技术方案，利用大目标干扰所在波束的信号，重构出该目标形成的阵元域干扰信号，并将这个干扰信号直接从阵元域减去，最终实现干扰的抵消。当以拖线阵中第0号阵元为基准时，其步骤如下：
1）对获得的N个阵元的时域信号xn(t)，n＝0,1,…,N-1，实施时域常规波束成形处理（CBF），得到干扰所在方位θi对应的波束Bi的时域信号其中，θi是信号入射方向与拖线阵法线的夹角；是θi方向的信号在第n个阵元上对应的延时；n＝0,1,…,N-1；d是阵元间距；c是水中声速。
2）对步骤1）输出的波束时域信号实施阵元域信号重构，获得波束Bi对应的θi方向上的干扰在各阵元上产生的时域信号其中，是θi方向的信号在第n个阵元上对应的延时；n＝0,1,…,N-1；d是阵元间距；c是水中声速；
3）将步骤2）获得的干扰在各阵元生成的信号从各阵元接收到的信号中减去，得到不包含干扰信号的阵元域信号x′n(t)＝xn(t)-un(t)，n＝0,1,…,N-1；
4）若还有其它干扰需要抵消，则用x′n(t)代替原阵元域信号xn(t)，重复上述步骤1）至3），直至所有方位的干扰均被完全抵消；将所有干扰均被抵消后得到的阵元域信号记为xxn(t)，n＝0,1,…,N-1，对xxn(t)进行常规波束成形处理，即可获得方位信息，该方位信息中，不包括已经被抵消掉的干扰，xxn(t)还可用于其它声纳系统信号处理运算。
上述步骤1）以拖线阵中第0个阵元为基准，对N个阵元的时域信号xn(t)实施 “延时-求和”的时域常规波束成形处理，计算出第Bi个波束的波束信号yBi(t)=1NΣn=0N-1xn[t-nτ(θi)],]]>nτ(θi)=ndsinθic]]>是θi方向的信号在第n个阵元上对应的延时，n＝0,1,…,N-1，d是阵元间距，c是水中声速，下同；
上述步骤2）对步骤1）输出的波束域信号实施“预延时”，以重构该波束上的干扰信号在各阵元上的“贡献”，记为
上述步骤3）将步骤2）输出的由波束域信号经过“预延时”重构的干扰在各阵元产生的信号从各阵元实际接收到的信号中减去，记为x′n(t)＝xn(t)-un(t)，n＝0,1,…,N-1，这实际上就是从各阵元中减去了该干扰对接收信号的“贡献”，使阵元域信号中不再包含该干扰造成的影响，达到了将该干扰抵消的目的；
上述步骤4）通过对步骤1）至3）的重复，实际上是级联使用该干扰抵消方法，达到同时抵消不同方位上的多个干扰的目的。最终获得的阵元域信号中，已经不包含所有抵消掉的干扰的影响，因此，声纳系统用这一组阵元域信号来进行波束成形等处理，得到的结果也将所抵消的干扰的影响排除在外。
以阵元数目为N、各阵元间的间距为d的直线阵抵消分别在θ1和θ2方向上的干扰为例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例：
步骤201，设阵元域信号表示为xn(t)（其中，n＝0,1,…,N-1，且N表示接收阵包含的阵元的总个数），该信号应为信号处理系统接收到的原始阵元信号。以第0号阵元为基准，则θ1方向对应的波束B1的波束域信号应表示为yB1(t)=1N[x0(t)+x1(t-τ(θ1))+···+xN=1(t-(N-1)τ(θ1))],]]>其中，τ(θ1)=dsinθ1c,]]>是第B1号波束对应的单位延时，则表示第B1号波束在第n个阵元上对应的延时，n＝0,1,…,N-1。
步骤202，利用步骤201中求得的波束B1的波束域信号来重构θ1方向上的干扰在各个阵元中产生的时域信号，可用预延时的方法来实现重构。将θ1方向上的干扰在第n个阵元中产生的时域信号记为un(t)，则同样地，有表示第B1号波束在第n个阵元上对应的延时，n＝0,1,…,N-1；
步骤203，将重构的干扰θ1对应的阵元信号从各阵元实际采集的信号中减去，将减去干扰后的阵元域信号记为记为记为x′n(t)，n＝0,1,…,N-1，则x′n(t)＝xn(t)-un(t)，n＝0,1,…,N-1；
此时，若使用x′n(t)作为声纳系统的输入来进行信号处理运算，获得的方位信息等结果中将不包含θ1方向上的干扰。
步骤204，将步骤201中的xn(t)用x′n(t)替换，n＝0,1,…,N-1，θ1用θ2替换，B1用B2替换（B2为θ2方向对应的波束），并重复步骤101至103，进行波束成形运算，获得波束B2的波束域信号并由此重构θ2方向上的干扰对应的阵元域信号最后将这个干扰的阵元域信号从x′n(t)中减去，记为x″n(t)＝x′n(t)-u′n(t)。
令xxn(t)＝x″n(t)，这就是抵消完全部两个干扰后得到的阵元域信号，声纳系统利用这个信号来完成波束成形等信号处理工作，得到的结果就不会包含这两个干扰的影响，增加了其它目标信号的信噪比。
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。