CN111580077B - 一种用于探测小目标声呐的预警设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于探测小目标声呐的预警设备，包括换能器阵列用于接收水声信号并将水声信号转换为电信号；接收调理模块对电信号进行调理并将调理后的信号转换为数字信号；信号处理模块对所述数字信号进行宽带波束成形处理，以获得预成方位的宽带波束成形结果；预警模块对所述宽带波束成形结果进行预警处理；当某一频段、某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐并进行预警提示。本发明还公开了一种用于探测小目标声呐的预警方法。本发明的是用来探测海岸沿线是否有小目标声纳，从而蛙人在潜入时尽可能避开小目标声纳的覆盖范围，以免被发现。

Description

一种用于探测小目标声呐的预警设备及方法

技术领域

本发明属于水下通信技术领域,具体涉及一种用于探测小目标声呐的预警设备及方法。

背景技术

小目标声纳一般用于探测蛙人\UUV(无人潜航器，Unmanned underwatervehicle)等小型设备，布设于海岸沿线。

现有技术中有很多用于探测蛙人\UUV等小型设备的小目标声纳，当蛙人在潜入海水时，有可能会进入小目标声纳的覆盖范围，从而被小目标声呐误以为是异物，然而用于探测海岸沿线是否有小目标声纳的预警设备在现有技术中仍然是一个空白，因此亟需一种一种用于探测小目标声呐的预警设备及方法以避免小目标声呐发现蛙人。

发明内容

本发明实施例提供一种用于探测小目标声呐的预警设备及方法，以避免小目标声呐发现蛙人。

第一方面，本发明实施例提供一种用于探测小目标声呐的预警设备，该预警设备包括换能器阵列、接收调理模块、信号处理模块和预警模块；其中，

所述换能器阵列用于接收水声信号并将所述水声信号转换为电信号；

所述接收调理模块对所述电信号进行调理并将调理后的信号转换为数字信号；

所述信号处理模块对所述数字信号进行宽带波束成形处理，以获得预成方位的宽带波束成形结果；

所述预警模块对所述宽带波束成形结果进行预警处理；当某一频段、某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐并进行预警提示。

进一步的，所述预警设备还包括显示装置，所述预警模块将所述预警提示显示在所述显示装置上。

进一步的，所述接收调理模块对所述电信号进行放大、滤波调理并将调理后的信号转换为所述数字信号。

进一步的，所述接收调理模块包括阻抗匹配初级放大单元、带通滤波单元、二级放大单元和模数转换单元；其中，

所述阻抗匹配初级放大单元用于对所述换能器阵列进行阻抗匹配，并将所述电信号进行初级放大以获得第一放大信号；

所述带通滤波单元用于对所述第一放大信号进行滤波以获得频带信号；

所述二级放大单元用于对所述频带信号进行二级放大以获得第二放大信号；

所述模数转换单元将所述第二放大信号转换为所述数字信号。

进一步的，所述预成方位的宽带波束成形结果是通过以下操作获得的：

所述换能器阵列包括多个阵元，各阵元用于接收所述水声信号并将该水声信号转换为电信号；

所述接收调理模块对各阵元传输的电信号进行调理，并将调理后的信号转换为各阵元的时域信号；

所述信号处理模块将所述数字信号的时域信号转换为频域信号；并按照预设的频段将所述频域信号的目标频域划分为多个子带，对各个子带分别进行宽带波束成形处理，以获得各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

进一步的，所述信号处理模块执行以下操作获得所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果：

分别对各个子带内每个频点在每个预成方位进行窄带波束成形处理，以获得同一子带的各个频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；

将同一子带内各个频点在同一个预成方位的窄带波束成形结果进行合成以获得所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

进一步的，其中，所述预成方位的宽带波束成形结果是基于频域、时域和预成方位的。

第二方面，本发明实施例提供一种用于探测小目标声呐的预警方法，该预警方法包括换以下步骤：

接收水声信号并将所述水声信号转换为电信号；

对所述电信号进行调理并将调理后的信号转换为数字信号；

对所述数字信号进行宽带波束成形处理，以获得预成方位的宽带波束成形结果；

对所述宽带波束成形结果进行预警处理；当某一频段、某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐并进行预警提示。

进一步的，所述预成方位的宽带波束成形结果是通过以下步骤获得的：

将所述数字信号的时域信号转换为频域信号；

按照预设的频段将所述频域信号的目标信号划分为多个子带，对各个子带分别进行宽带波束成形处理，以获得各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

进一步的，所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果是通过以下子步骤获得的：

分别对各个子带内每个频点在每个预成方位进行窄带波束成形处理，以获得同一子带的各个频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；

将同一子带内各个频点在同一个预成方位的窄带波束成形结果进行合成以获得所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

本发明的用于探测小目标声呐的预警设备及方法是用来探测海岸沿线是否有小目标声纳，从而蛙人在潜入时尽可能避开小目标声纳的覆盖范围，以免被发现。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于探测小目标声呐的预警设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的接收调理模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的换能器阵列的阵元将缓存数据块划分为连续非重叠的缓存块的示意图；

图4为本发明实施例提供的换能器阵列的阵元将缓存数据块划分为连续部分重叠的缓存块的示意图；

图5为本发明实施例提供的宽带波束形成方法器的实现示意图；

图6为本发明实施例提供的信号处理模块对每个子带执行位窄带波束成形计算的实现示意图；

图7为本发明实施例提供的一种用于探测小目标声呐的预警提示示意图；

图8为本发明实施例提供的一种用于探测小目标声呐的预警方法。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例一

本实施例的用于探测小目标声呐的预警设备用于探测其前进方位(例如前向180度范围)是否有小目标声纳，属于被动探测设备的范畴，因此该预警设备主要包括接收机模块，不需要发射机。

由于不同厂家、不同型号的小目标声纳发射信号的中心频率、信号带宽、发射脉宽等均不完全同，因此该预警设备的接收机模块需要覆盖所有可能的频带，属于宽带探测设备。

由于现有技术中的小目标声纳使用的信号频率通常为45khz～125khz，因此波束成形的覆盖频率范围为45khz～125khz；为了区分不同的小目标声纳，本实施例的预警设备可将整个频带按照10khz为一个子带进行划分，一共划分为8个频段，分别进行宽带波束成形计算。

换能器阵列接收水声信号并将所述水声信号转换为电信号，通过接收调理模块进行放大滤波，并转换为数字信号，然后按照10khz一个子带进行宽带波束成形处理，得出基于频域(8个频段)、时域、预成方位(波束角分辨率为1度，前向180度的覆盖范围)的波束成形结果；根据小目标声纳工作原理，当某一频段、某一方位的波束成形结果按照特定的时间规律超过能量阈值时，则判断该方位存在小目标声呐，预警模块将小目标声纳信息显示在显示屏上以进行预警提示。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种用于探测小目标声呐的预警设备的结构示意图，该预警设备包括换能器阵列、接收调理模块、信号处理模块、预警模块和电源模块；

其中，所述电源模块为所述换能器阵列、接收调理模块、信号处理模块和预警模块供电；

所述换能器阵列用于接收水声信号并将所述水声信号转换为电信号；

所述接收调理模块对所述电信号进行调理并将调理后的信号转换为数字信号；

所述信号处理模块对所述数字信号进行宽带波束成形处理，以获得预成方位的宽带波束成形结果；

所述预警模块对所述宽带波束成形结果进行预警处理；当某一频段、某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐并进行预警提示。

本实施例中的预成方位可理解为预定方位，该预定方位和换能器阵列的位置密切相关，例如，参见图7，以换能器阵列的中点为中心，则垂直于该换能器阵列方向的预成方位为90度，其中，换能器阵列的左向延伸为0度方向，右向延伸为180度方向。

参见图2，图2为本发明实施例提供的接收调理模块的结构示意图，所述接收调理模块对所述电信号进行放大、滤波调理，并将调理后的信号转换为数字信号；

其中，该接收调理模块包括阻抗匹配初级放大单元、带通滤波单元、二级放大单元和模数转换单元；其中，

所述阻抗匹配初级放大单元用于对所述换能器阵列进行阻抗匹配，并将所述电信号进行初级放大以获得第一放大信号；优选的，所述阻抗匹配初级放大单元的放大倍数为10倍；

所述带通滤波单元用于对所述第一放大信号进行滤波以获得相应的频带信号；优选的，所述带通滤波单元的通频带范围为45khz～125khz；所述带通滤波单元例如可以为带通滤波器；

所述二级放大单元用于对所述频带信号进行二级放大以获得第二放大信号；优选的，所述二级放大单元的放大倍数为100倍；

所述模数转换单元将所述第二放大信号转换为所述数字信号；优选的，所述模数转换单元的采样率为500kSps，可以将所述第二放大信号转换为16bit的数字信号。

进一步的，所述信号处理模块将每个通道的时域数字信号转换为频域信号，并且对目标频域进行划分以获得多个子带，对各个子带分别进行宽带波束成形处理，以获得各个子带在各个预成方位的波束成形结果，并将所述各个预成方位的波束成形结果发送给所述预警模块；所述各个预成方位的波束成形结果是基于域、时域、预成方位的波束成形结果。

进一步的，预警模块包含显示装置；优选的，所述显示装置为显示屏。

进一步的，所述预警模块对所述传各个预成方位的波束成形结果进行预警处理，当某一频段、某一预成方位的波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐，预警模块将小目标声纳信息显示在所述显示装置上以发出预警提示。

进一步的，所述预警设备为手持式的预警设备。

进一步的，所述预成方位以换能器阵列的位置为参考，即换能器阵列的中点为中心，则垂直于该换能器阵列方向的预成方位为90度，其中，换能器阵列的左向延伸为0度方向，右向延伸为180度方向。

下面将具体说明本实施例的用于探测小目标声呐的预警设备的具体工作原理和过程。

步骤10：所述换能器阵列包括多个阵元，各阵元用于接收所述水声信号并将该水声信号转换为电信号；

具体的，本实施例的换能器阵列可采用8元等间隔基元线列阵，根据小目标声纳的特性，小目标声纳的探测频率范围λ一般为45khz～125khz，探测角θ是小目标声呐的最大探测角度，本实施例中的最大探测角度选择前向180度，根据下面的公式(1)可获得各阵元的间距d；

根据上述公式(1)可以计算出各阵元的间距d＜6.25mm，因此换能器阵列的长度约为d*M＝6.25*8＝50mm；其中，d为换能器阵列的各阵元的间距；λ为小目标声纳的探测频率范围；θ为小目标声呐的最大探测角度；M为换能器阵列的阵元数量。

步骤20：所述接收调理模块对各阵元传输的电信号进行调理，并将调理后的信号转换为各阵元的时域信号；

对于本实施例的8元等间隔基元线列阵，接收调理模块将各阵元传输来的电信号进行匹配、放大、滤波调理后获得调理后的信号，并对所述调理后的信号进行采样以得到相应的数字信号，其中，调理后的信号为模拟信号，将，单个阵元的模拟信号转换为数字信号的公式如下：

其中，t为采样时刻；T_s为采样周期，对应地，采样频率为fs＝1/T_s；优选的，接收调理模块的采样率可以为500ksps。

假设M号阵元接收的长序列样本数据用x_m(1)、…、x_m(i)、…表示，将各阵元接收的长序列样本数据输入缓存以获得阵元1到M的第n段数据；

其中，X⁽ⁿ⁾为阵元1到M的第n段数据(上标n表示第n段数据)；L为每个缓存数据块的缓存长度，在该长度为L的样本数据中，序号为L-1对应于最后的时间样本；x_m(i)为该阵元接收调理模块采样的第i个数字信号。

步骤30：所述信号处理模块将各阵元的时域信号转换为频域信号；

具体的，将上述每个阵元的缓存数据块划分为多个待处理数据块并对各个待处理数据块中的样本数据进行DFT计算以将所述各阵元的时域信号转换为频域信号。

这种将缓存块划分为多个待处理数据块的方法为分块处理方法，该分块处理方法可以理解为对阵元接收的长序列样本数据进行了分段，每次只处理缓存中的一段数据。

其中，所述分块处理方法包括以下3种方式：

方式1：连续非重叠分块方法，参见图3，将长序列样本数据分成无重叠并彼此相连、长度为L1的若干段样本数；相当于每包样本数据相对于前一包样本数据全部更新。该方法前后两包数据没有任何重叠的部分，对于目标数据出现在前一数据块的末尾和后一数据块的起始位置、且信噪比较低的情况，可能出现漏警。

方式2：连续部分重叠分块方法，参见图4，将长序列样本数据分成彼此连续且一半重叠、长度为L1的若干段样本数；相当于每包样本数据相对于前一包样本数据有一半需要更新。该方法前后两包数据部分重叠，可以有效识别目标数据出现在前一数据块的末尾和后一数据块的起始位置、且信噪比较低的目标，且计算量较小。

方式3：平滑窗分块方法，每新来一个数据，则更新一次待处理数据块，即前后两个待处理数据块只有一个数据不同。该方法目标的时间分辨率很高，同时计算量也很大。

优选的，在一个实施例中，信号处理模块利用DFT方法将每个阵元的待处理数据块的时域信号转换为频域信号，这里L1＝2048，则将2048点的时域信号转换为对应的2048点的频域信号；可以理解的是，在其实施例中，也可以用FFT代替DFT，以减少计算量。

利用DFT方法将每个阵元的待处理数据块的时域信号转换为频域信号的计算公式如下：

其中，k(k＝0,…,L-1)是每个阵元的待处理数据块的频域频点序号。

x_m ⁽ⁿ⁾＝[x_m ⁽ⁿ⁾(0) … x_m ⁽ⁿ⁾(l) … x_m ⁽ⁿ⁾(L-1)] (5)

其中，x_m ⁽ⁿ⁾为第m号阵元的时域样本数据块。

步骤40：所述信号处理模块将所述数字信号的时域信号转换为频域信号；并按照预设的频段将所述频域信号的目标频域划分为多个子带，对各个子带分别进行宽带波束成形处理，以获得各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

本实施例中，需要关注的频段为f_low～f_high的频域数据,即45khz～125khz的频域数据，则

这里k为从小于

的最大整数到大于

的最小整数；即k＝92，…，256；如果每个数据块长度L1变化，k也变化。

优选的，可以将所述频域信号的频带划分为8个子带，每个子带带宽10khz，分别为45khz～55khz，55khz～65khz，65khz～75khz，75khz～85khz，85khz～95khz，95khz～105khz，105khz～115khz，115khz～125khz)。根据500kSps的采样率，每个子带的频域采样点数约为21个；

参见图5，图5为本发明实施例提供的宽带波束形成方法器的实现示意图，其中，M＝8，M为换能器阵列的阵元数量；K＝8，K为频域子带序号；x₁(t)、x₂(t)...x_m(t)表示不同接收换能器的调理通道经模数转换单元转换后的数字信号；w_a(f_b)表示该预成方位第a个阵元的第b个频点的加权系数(幅度加权系数和延时系数的乘积)；其中，a＝1,2,...,M；b＝1,2,...,k。

具体的，在步骤40中，以第一个子带为例，k＝92，…，112介绍各个子带在预成方位的波束成形结果的计算方法和过程；本实施例设定相邻两波束间的预成方位角之差为1°，设定的预成方位角之差同时也为定向精度提供了基础，从而有利于本实施例的预警设备的定向精度。

S41：分别对子带内每一个频点在每个预成方位进行窄带波束成形处理，以获得每一个频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；

具体的，参见图6，信号处理模块对子带内的其中一个频点执行窄带波束成形计算(即对子带内的单个频点执行窄带波束成形计算)以得到该频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；

需要说明的是，不同预成方位的加权值不同，在各个预成方位进行复数加权(包括一个幅度加权以及对应该预成方位的角度延时加权)求和以获得该频点在该预成方位的波束成形结果；将各阵元在某窄带的频域数据转换为向量的形式：

X⁽ⁿ⁾(k)＝[X₁ ⁽ⁿ⁾(k),…,X_m ⁽ⁿ⁾(k),…,X_M ⁽ⁿ⁾(k)]^T,k＝0,…,L-1 (6)

每个预成方位的加权向量表示如下：

w(f_k)＝[w₁(f_k),w₂(f_k),…,w_M(f_k)]^T (7)

其中，w(f_k)为窄带加权向量；w_m(f_k)为第m号阵元数据在频率f_k的复数加权值；m＝1,2,…,M。

其中，Y⁽ⁿ⁾(k)为该预成方位的窄带波束成形结果；w^H(f_k)为w(f_k)的共轭转置；X⁽ⁿ⁾(k)为各阵元在该频点的窄带频域向量；

为w_m(f_k)的共轭；X_m ⁽ⁿ⁾(k)为第m个阵元的频域数据，所有的上标n表示第n段数据。

根据各个预成方位更新加权向量，按照上述过程计算该频点在180个预成方位的窄带波束成形结果；即该频点的180个预成方位对应180个波束成形结果。

S42：接着，对每个子带内部的其余频点(即其余20频点)分别按照上述方法进行180个预成方位窄带波束成形计算；以获得每一个频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；

S43：将同一子带内不同频率的同一个预成方位的窄带波束成形结果平方进行合成所述每个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

参见图6，子带内部21个频点分别按照上述方法进行180个预成方位波束成形计算；然后将不同频率的同一个预成方位的窄带波束成形结果平方相加后求平均得到该所述每个子带在预成方位的宽带波束成形结果，即得到该子带180个预成波束方位的宽带波束成形结果。

需要说明的是，本实施例中的信号处理模块可以使用大规模的FPGA或多核DSP等处理器对所述数字信号进行宽带波束成形处理。

步骤50：所述预警模块对所述宽带波束成形结果进行预警处理并进行预警提示。

优选的，预警模块接收信号处理模块传输来的8个子带的180个预成方位的宽带波束成形结果，从而获得基于时间、频域、和预成方位的宽带波束成形结果，其中时间域的分辨率为2.048ms(采用部分重叠分段方法)、频域分辨率为10khz、方位分辨率为1度。

当某一子带或多个子带在某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则该预警模块判断该预成方位上存在小目标声呐并生成目标信号，预警模块将所述目标信号发送至显示屏以进行预警提示。

其中，本实施例的特定时间规律是指：由于小目标声纳发射的信号一般为时间间隔相等且固定长度的脉冲信号，因此判断存在小目标声纳的条件为:某一子带或多个子带在某一预成方位的宽带波束成形结果超出预设的能量阈值的时间规律为时间间隔相等且每次目标信号的延续时间长度相等。

本实施例的预设的能量阈值是通过以下方法设定的：

本实施例中的用于探测小目标声呐的预警设备还包括阈值更新模块，各个子带使用单独的能量阈值；且每个子带的预设的能量阈值是动态更新的；对于某个单独子带，通过计算得到180个预成波束方位的宽带波束成形结果，本实施中认为大多数预成方位是不存在小目标声纳的，因此可以取大多数方位的宽带波束成形结果作为能量阈值动态更新的基础数据，具体步骤如下:

首先，获取多个子带在预成方位的宽带波束成形结果，计算所述多个子带在180个预成方位的宽带波束成形结果的均值与均方差，将所述均值和均方差作为能量阈值动态更新的基础数据；

其次，将某个预成方位的宽带波束成形结果与所述均值与均方差的求和结果进行比较，如果某个预成方位的宽带波束成形结果大于所述均值与均方差的求和结果，则阈值更新模块将该预成方位的宽带波束成形结果标记为无效；否则为有效；依次对每个子带的180个预成方位的宽带波束成形结果与所述均值与均方差的求和结果进行比较，以获得有效波束成形标记结果；

再次，统计有效波束成形标记结果的数量，并对有效波束成形结果进行均值计算获得第一均值，将该第一均值设置为当前时刻该子带的瞬时能量阈值；

同理，等时间间隔的获取该子带在多个时刻的瞬时计算能量阈值(例如100个)，将所述多个时刻的瞬时计算能量阈值进行均值计算获得第二均值，利用该第二均值对预设的能量阈值进行更新；例如，在一个实施例中，每隔10ms来计算一次该子带的瞬时能量阈值，连续计算100次该子带的瞬时能量阈值，将这100次的子带的瞬时能量阈值进行均值计算获得第二均值，利用该第二均值对预设的能量阈值进行更新；需要理解的是，在其他实施例中，所述时间间隔也可以为其它数值，在此不做限制。

需要说明的是，本实施的预设的能量阈值可以连续更新，也可以间隔一段时间更新一次。

参见图7，图7为本发明实施例提供的一种用于探测小目标声呐的预警提示示意图；显示屏的预警提示图上可以显示小目标声纳的方位、距离信息以及发射信号的所处子带信息；图7中可以用Q₁、Q₂...Q_n表示不同子带出现的小目标声纳，Q₁、Q₂...Q_n的位置即是小目标声纳在子带中所处的位置，圆心O为该预警设备所在的位置；将180度的半圆均匀的划分的射线方向表示小目标声纳的方位；小目标声纳Q₁、Q₂...Q_n与预警设备的距离分别是l₁、l₂...l_n。

其中，所述小目标声纳的距离估计方法如下：

由于用于探测小目标声呐的预警设备距离小目标声纳越近，小目标声纳所处预成方位宽带波束成形结果越大，因此可以根据多次平均的宽带波束成形的结果来大致估计当前预警设备的位置在预成方位与小目标声纳的距离。本实施例的小目标声纳的距离估计方法可以参考预设的距离-波束成形计算结果参照表，该参照表是根据大量先验实验数据得到的。

实施例二

参见图8，图8为一种用于探测小目标声呐的预警方法，包括以下步骤：

接收水声信号并将所述水声信号转换为电信号；

对所述电信号进行调理并将调理后的信号转换为数字信号；

对所述数字信号进行宽带波束成形处理，以获得预成方位的宽带波束成形结果；

对所述宽带波束成形结果进行预警处理；当某一频段、某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐并进行预警提示。

进一步的，所述预成方位的宽带波束成形结果是通过以下步骤获得的：

将所述数字信号的时域信号转换为频域信号；

按照预设的频段将所述频域信号的目标信号划分为多个子带，对各个子带分别进行宽带波束成形处理，以获得各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

进一步的，所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果是通过以下子步骤获得的：

分别对各个子带内每个频点在每个预成方位进行窄带波束成形处理，以获得同一子带的各个频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；

将同一子带内各个频点在同一个预成方位的窄带波束成形结果进行合成以获得所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

本实施例的预警方法的具体工作原理和工作过程与实施例一类似，在此不再赘述。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明的预警设备是用来探测海岸沿线是否有小目标声纳，判断小目标声纳的方位和大致距离，从而蛙人在潜入时尽可能避开小目标声纳的覆盖范围，以免被发现。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于探测小目标声呐的预警设备，该预警设备包括换能器阵列、接收调理模块、信号处理模块和预警模块；其中，

所述换能器阵列用于接收水声信号并将所述水声信号转换为电信号；

所述接收调理模块对所述电信号进行调理并将调理后的信号转换为数字信号；

所述信号处理模块对所述数字信号进行宽带波束成形处理，以获得预成方位的宽带波束成形结果；所述预成方位的宽带波束成形结果是基于频域、时域和预成方位的；所述预警模块对所述宽带波束成形结果进行预警处理；当某一频段、某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐并进行预警提示；

其中，所述信号处理模块将所述数字信号的时域信号转换为频域信号，并按照预设的频段将所述频域信号的目标频域划分为多个子带；分别对各个子带内每个频点在每个预成方位进行窄带波束成形处理，以获得同一子带的各个频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；将同一子带内各个频点在同一个预成方位的窄带波束成形结果进行合成以获得所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果；

进行预警处理时，各个子带使用单独的能量阈值，且每个子带的预设的能量阈值是动态更新的。

2.根据权利要求1所述的预警设备，其特征在于，所述预警设备还包括显示装置，所述预警模块将所述预警提示显示在所述显示装置上。

3.根据权利要求1所述的预警设备，其特征在于，所述接收调理模块对所述电信号进行放大、滤波调理并将调理后的信号转换为所述数字信号。

4.根据权利要求1所述的预警设备，其特征在于，所述接收调理模块包括阻抗匹配初级放大单元、带通滤波单元、二级放大单元和模数转换单元；其中，

所述阻抗匹配初级放大单元用于对所述换能器阵列进行阻抗匹配，并将所述电信号进行初级放大以获得第一放大信号；

所述带通滤波单元用于对所述第一放大信号进行滤波以获得频带信号；

所述二级放大单元用于对所述频带信号进行二级放大以获得第二放大信号；

所述模数转换单元将所述第二放大信号转换为所述数字信号。

5.根据权利要求1所述的预警设备，其特征在于，所述预成方位的宽带波束成形结果是通过以下操作获得的：

所述换能器阵列包括多个阵元，各阵元用于接收所述水声信号并将该水声信号转换为电信号；

所述接收调理模块对各阵元传输的电信号进行调理，并将调理后的信号转换为各阵元的时域信号；

所述信号处理模块将所述数字信号的时域信号转换为频域信号；并按照预设的频段将所述频域信号的目标频域划分为多个子带，对各个子带分别进行宽带波束成形处理，以获得各个子带在预成方位的宽带波束成形结果。

6.一种用于探测小目标声呐的预警方法，该预警方法包括换以下步骤：

接收水声信号并将所述水声信号转换为电信号；

对所述电信号进行调理并将调理后的信号转换为数字信号；

对所述数字信号进行宽带波束成形处理，以获得预成方位的宽带波束成形结果；所述预成方位的宽带波束成形结果是基于频域、时域和预成方位的；

对所述宽带波束成形结果进行预警处理；当某一频段、某一预成方位的宽带波束成形结果按照特定时间规律且超出预设的能量阈值时，则判断该预成方位存在小目标声呐并进行预警提示；

其中，所述预成方位的宽带波束成形结果是通过以下步骤获得的：

将所述数字信号的时域信号转换为频域信号，按照预设的频段将所述频域信号的目标信号划分为多个子带；

分别对各个子带内每个频点在每个预成方位进行窄带波束成形处理，以获得同一子带的各个频点在每个预成方位的窄带波束成形结果；

将同一子带内各个频点在同一个预成方位的窄带波束成形结果进行合成以获得所述各个子带在预成方位的宽带波束成形结果；

进行预警处理时，各个子带使用单独的能量阈值，且每个子带的预设的能量阈值是动态更新的。

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