抗混响弱信号检测技术.研究

《抗混响弱信号检测技术.研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章绪论1．1本课题研究背景随着海洋开发与国防科技的发展，近海沉底或掩埋静止小目标的主动探测识别技术正受到越米越多的关注。由于小目标的目标反射本领小，回波信号弱，所以，该课题也是水声信号处理的难题之一。在主动声纳探测中必须得考虑混响的影响，海洋混响是由于海洋介质中人量无规则散射体对入射的声信号形成的散射在接收机输入端叠加而成。混响是主动卢纳所特有的干扰，主要可以分为界面混响(包括海面混晌、海底混响)和体积混响【l】。在浅海中，混响主要是由海底散射所引起的海底混响。在探测掩埋目标时，不仅存在海底混响，而且掩埋层也会

2、吸收声波，这样目标回波就非常微弱，使得探测工作变得极为困难。因此，在强混响／噪声背景、微弱反射信号条件下，在沉底或掩埋静．II-A,目标的主动探测时，为了提高信／(噪声+混响)比，采用抗混响技术是必需的【2】。由于混响与信号的强相关性，在混响背景下，会造成相当严重的虚警。因此，怎样抑制混响对微弱目标探测的影响，尽可能地减少虚警的产生，是混响背景下主动声纳处理急需解决的关键问题。目前在主动声纳工作中，抗混响大致从以下几个方面入手：一是，从发射波形的设计上，来减少混响对目标的影响。这方面的研究已经比较有成效，能在一定程

3、度上抑制混响，但还是需要信号处理算法对其进行分析，提取出实际回波信息【3’4】。二是，从对声信道的研究出发，对混响形成的内在机理研究，并在此基础上对混响建模【5】，为提高信号处理性能提供保障。描述浅海信道的物理模型很多，总的可以分为射线模型、谱积分模魁‘61、简正波模型【7．81和抛物线方程模型19,101等四种。国内外的一些学者对浅海的混响进行了研究，获得了丰富的成剥11,12,13】，同时也使得浅海声信道的预测模型更加完善‘14·151。三是，从抗混响信号处理算法研究出发。近几十年，抗混响信号处理算法的研究也越

4、米越多，我们将在下一节中更详细的介绍。本论文的研究便是基于以上背景而展开的，关注的是在浅海强混响背景下沉底或掩埋静止小目标的检测问题。主要侧重于抗混响信号处理算法的研究，目的就是在现有研究基础上，综合分析、比较各类检测方法，提出一个比较完整，具有一定可行性的信号检测方法。1．2国内外研究现状在浅海环境中，海水信道环境极为复杂，不仅存在环境中的噪声，还存在折射、反射、多途传输等，特别是海底混响干扰尤其严重。可以说浅海具有一个相当复杂的混响背景，要实现对目标的探测，怎样抑制混响对微弱目标的影响，尽可能地减少虚警的产生，

5、是需要解决的关键问题。随着对水声信道认识的逐步深入和发射声纳波形设计的发展，主动声纳信号处理方法也随之发生了许多变化。目前国内外对抗混响信号处理算法有许多研究，主要有以下一些技术：自适应噪声抵消类检测方法【l61，主要是利用自适应抵消器输入端的干扰和信号不相关的特点，从而来抵消干扰并检测出信号的。但是由于混响信号和发射信号的时空相关性较强，自适应抵消技术的处理效果也就不理想。东南大学硕士学位论文利用混响背景归一化及白化混响，利用白适应波束形成算法等等，来实现对混响的抑制‘17，埔，旧】。但是问题的关键在于如何有效地

6、估计相关矩阵，且由于背景的严重不平稳，会使得估计的误差增大。经典的回波信号处理方法就是用发射信号作参考样本进行匹配滤波，以便对回波信号实现相干压缩。但是匹配滤波仅对高斯白噪声背景才是最佳的，而在混响背景下，由于混响是一种有色噪声，不可能得到最佳的处理结果。为了提高非高斯有色混响背景下的相干处理性能，出现了许多利用混响统计模型将混响白化高斯化处理的方法，比如采用AR模型‘‘预白化’’处理的方法【20，21，22，231，假定混响局部平稳，然后将接收信号分块并认为每块中的混响能够建立AR模型，据此对接收信号进行预白化，

7、最后通过匹配滤波来达到抑制混响的目的：采刚混合瑞利等模型利刚期望最大化(EM)等方法对非瑞利混响进行参数估计，统计归一化非瑞利混响的方法[24,25]。但是关于门限和AR模型的定阶问题仍然没有得到很好的解决。在二十世界八十年代初，Donaldw．TuRs和IvarsP．Kirstens提出了通过对数据矩阵进行奇异值分解(SpD)来进行信号估计的方法【261。在二十世纪九十年代初，他们又提出了用数据矩阵的低秩近似阵来进行信号检测的方法f27】。GuillaumeGinolhac等人[28,291在此基础上提出一种基于

8、子空间分解的主成份反演算法，将混响看成对检测不利的回波相互叠加的结果，根据混响与信号加背景噪声之间的功率差别将接收信号子空间分为信号加背景噪声子空间和混响子空间，进而实现混响的分离。由于主成份分析法无须先验统计知识和确定性模型，故适应性较强，是海洋混响研究的一个方向。但是对混响子空间秩的估计是该算法的一个难点。上面大多方法都是采用能量累积的主动检测方法，虽然