四階累積量波束形成及其在水下目標(biāo)探測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、由于受各種復(fù)雜海洋環(huán)境因素的影響,水下目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別仍是水聲信號(hào)處理中的重要難題之一。如何在復(fù)雜的海洋環(huán)境下獲取高信混比(信噪比)的目標(biāo)回波數(shù)據(jù)是提高水下目標(biāo)探測(cè)能力與識(shí)別精度所迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文圍繞水雷目標(biāo)探測(cè)問(wèn)題,對(duì)抑制主動(dòng)聲納的混響干擾、獲取高信混比的目標(biāo)回波這一問(wèn)題展開(kāi)研究。
　　本文研究的思路是基于基陣信號(hào)處理手段,利用小尺度基陣,通過(guò)形成空間的窄波束來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方位估計(jì)的同時(shí)降低混響干擾。再依據(jù)目標(biāo)回波和混響在

2、信號(hào)特性上的差異,利用信號(hào)處理手段濾除混響。通過(guò)在空間域和變換域上實(shí)現(xiàn)混響干擾的二次抑制,以提高目標(biāo)回波信號(hào)的信混比。
　　文中首先對(duì)主動(dòng)聲納探測(cè)目標(biāo)所涉及到的三類(lèi)信號(hào)形式(目標(biāo)回波、混響、海洋環(huán)境噪聲)在信號(hào)模型和信號(hào)特性上的差異進(jìn)行了分析和總結(jié),給出抑制混響干擾的處理思路,為后續(xù)處理提供理論依據(jù)。
　　為了兼顧波束形成高的空間分辨率和穩(wěn)健的性能,利用四階累積量對(duì)陣列孔徑的擴(kuò)展特性,結(jié)合最小冗余陣列的構(gòu)造,給出一種基于最小

3、冗余陣列的四階累積量波束形成方法。該方法僅利用少的基元數(shù)便可以實(shí)現(xiàn)高的空間分辨率的同時(shí)使四階累積量數(shù)據(jù)矩陣構(gòu)造的復(fù)雜度由原來(lái)的2M2?M降低到M?(2M?1)。文中著重推導(dǎo)了四階累積量波束形成處理增益的理論值,證明了在特定噪聲分布條件下的陣增益與常規(guī)波束形成的陣增益之間存在臨界信噪比。同時(shí)對(duì)四階累積量波束形成方法在分辨率、快拍數(shù)影響、誤差等方面的性能進(jìn)行了深入討論。并結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù),對(duì)四階累積量的空間分辨率進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明基于四階累積

4、量波束形成方法比常規(guī)波束形成方法具有更高的空間分辨率和背景干擾抑制能力。
　　針對(duì)寬帶探測(cè)系統(tǒng)的處理要求,文中結(jié)合分?jǐn)?shù)階Fourier變換將基于四階累積量波束形成方法擴(kuò)展到LFM信號(hào)的方位估計(jì)中,并進(jìn)行了性能分析。同時(shí),利用目標(biāo)回波信號(hào)和混響在分?jǐn)?shù)階Fourier變換后的差異,對(duì)混響信號(hào)進(jìn)行變換域下的濾波。文中對(duì)單LFM信號(hào)、亮點(diǎn)模型信號(hào)疊加實(shí)測(cè)混響的情況進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明分?jǐn)?shù)階Fourier變換可以有效地濾除混響干擾,進(jìn)一

5、步提高目標(biāo)回波信號(hào)的信混比。以分?jǐn)?shù)階Fourier變換為紐帶,文中還給出了一種結(jié)合波束形成和變換域抗混響的聯(lián)合處理方法。
　　最后利用主動(dòng)聲納海上目標(biāo)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了文中方法的驗(yàn)證。文中分別給出了海上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)單脈沖下的目標(biāo)回波空間譜和在特定角度下的數(shù)據(jù)走航匹配結(jié)果。并對(duì)實(shí)測(cè)混響的概率密度進(jìn)行了分析和擬合,給出了實(shí)測(cè)混響背景下四階累積量波束形成的理論處理增益。最后對(duì)主波束回波信號(hào)進(jìn)行了分?jǐn)?shù)階Fourier變換域上的混響濾波處理,進(jìn)一步