具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

本发明借鉴平面波最佳波束形成抑制特定方向干扰的原理并进行改进，通过多波束陷落波束偏转的方式实现被控制声场的宽角度定向削弱，达到同时兼顾最小化特定方向被控制声源声场强度与算法宽容性的目的。

根据声波干涉原理，当主动控制声源与被控制声源的相位和幅度满足一定关系时，可实现声波的相干相消，从而在相消区域降低被控制源的声场强度。若主动控制声源数量增加，则通过多列声波的干涉，即波束调控，可进一步提高声场的调控效果。

本发明基于线性约束最小方差波束形成原理，将主动控制源及被控制源组成的“联合发射阵”的发射波束凹陷区对准拟抑制的调控声场方向，从而实现在该方向及相邻角度多列声波干涉下能量抑制的最大化以提升波束偏转算法的宽容性。

本发明利用水听器阵采集被控制声源声场信息，并从中提取被控制声源的频率、幅度和相位信号参量，在此基础上将被控制声源视作一个发射声源，与主动控制声源组成“联合发射阵”，通过线性约束最小方差技术将拟抑制方向附近多个角度均设定为干扰信号方向，从而在该方向及相邻角度实现多列声波干涉下的声场抵消，达到声场定向调控并提升算法宽容性的目的。

参照图1，本发明一种基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法，用于声场定向调控实现声能量重新分配，包括如下步骤：

1)被控制声源声场信息采集。

首先，通过布设于声场采集区的水听器阵接收被控制声源的声压信号，根据接收到的信息提取被控制声源的频率、幅度和相位信息，并根据近远场声传播特性(声传播模型)，进行源声场重构，将被控制声源按照点源重构为s₀(t)；其中，t表示时刻。

2)定向声场多波束陷落调控。

将主动控制声源及被控制声源组成“联合发射阵”。利用步骤1)中提取的被控制声源声场信息，将拟抑制方向附近多个角度均设定为干扰信号方向，通过多约束目标函数优化实现发射波束驾驶，从而实现在该方向及相邻角度多列声波干涉下能量抑制的最大化，提升波束偏转算法的宽容性。

设主动控制声源数量为M，根据各主动控制声源与重构的被控制声源的位置关系，在远场平面波条件下，“联合发射阵”中各声源的阵列响应向量v(φ)可表示为：

其中，j为虚数单位，π为圆周率，上标H为共轭转置运算符，τ_m(φ)为第m(m＝1,2,...,M)个主动控制声源在方位角为φ时相对被控制声源的时延。

声场的定向调控通过对“联合发射阵”中各主动控制声源的发射信号进行线性加权实现。设加权向量c记为：

c＝[c₀,c₁,c₂,...,c_M]^H

其中，c₀为被控制声源的加权系数，c_m为除被控制声源外第m个主动控制源的加权系数；A_m为第m个主动控制源的幅度加权值，t_m为第m个主动控制源相对被控制声源的发射时延。线性加权后，远场φ方向的声压信号y(t)＝c^Hv(φ)s₀(t)。

在进行声场的宽容性定向调控时，为实现拟抑制方向φ_i与相邻方向φ_i±Δφ能量最小化，通过求解下述多约束目标函数优化问题实现，即：

其中，φ_s代表“联合发射阵”的主波束发射方向与z轴的夹角，即有用信号的到达角；Δφ则表示拟抑制方向邻近角度范围，c₀＝1表示对应的被控制源权系数不可调控。

求解上述优化问题可最终确定最优加权向量c为：

其中，α为常系数，由c₀＝1的约束条件最终确定。

将该向量c加权到各主动控制声源后进行信号发射，与被控制声源形成叠加声场，该过程可等效为“联合发射阵”的信号发射。通过对主动控制声源的线性加权实现“联合发射阵”的多波束陷落波束偏转，达到声场定向调控的目的。

实例说明：为验证基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法的有效性，开展仿真分析。参照图2，设被控制源坐标为(0,100m)，主动控制源均匀分布在半径R_Marray＝1.6m的圆周上，主动控制声源数量M＝7，仿真中取频率f＝500Hz。

图3(a)为复合阵波束模式图，拟抑制方向φ_i＝0°，抑制角度范围为±5°；图3(b)为距离3000m处随方位角φ变化的声压级；图3(c)为拟抑制方向φ_i＝0°随距离变化的声压级。由图3(b)和图3(c)的仿真结果可以看出，拟抑制方向与拟抑制邻近角度范围内被控制声源的声场强度弱化效果在20dB以上，说明基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法的有效性。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。