单矢量水听器改进MUSIC算法的噪声抑制性能研究-论文.pdf

《单矢量水听器改进MUSIC算法的噪声抑制性能研究-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第38卷第4期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vo1．38No．42014年8月JournalofWuhanUniversityofTechnologyAug．2014(TransportationScience&Engineering)单矢量水听器改进MUSIC算法的噪声抑制性能研究*张炜程锦房”房俊伟。(海军_T程大学兵器1二程系”武汉430033)(海军装备研究院系统所。北京100l61)(中国人民解放军9l183部队”青岛266044)摘要：针对MUSIC算法在相干噪声背景下估计目标方位性能下

2、降的问题，利用酉变换的空时相关矩阵(unitaryspatio—temporalcorrelationmatriceUSTCM)，替代MUSIC算法中的数据协方差矩阵，设计了单矢量水听器的USTC—MUSIC算法，通过仿真验证了新方法不论噪声是不相干或相干，其噪声抑制能力和目标分辨能力均优于原方法．关键词：空时相关矩阵；单矢量水听器；相干噪声；目标分辨中图法分类号：TB566doi：10．3963／j．issn．20953844．20l4．O4．0360引言矢量水听器信号模型实际海洋环境噪声场有各向同性的

3、非相干噪假设信号以平面波形式入射到水听器上，以声、相干噪声、部分相干和部分非相干噪声等3二维矢量水听器为例，输出同点的声压P()和正类．多数情况下，相干噪声是主要的背景噪声之一交的二维振(t)，(t)，c’=1，考虑到环境噪．舰船自噪声有重要的相干分量，当海况较高声场影响，则单矢量水听器的数据模型可以表示时，海洋动力噪声也含有重要的相干分量l1剞；多为]目标检测时，强目标声辐射是检测弱目标信号时r(￡)+()的相干噪声，研究相干噪声背景下的目标方位估x(t)一(t)+n(t)(1)计更具有实际的工程意义．

4、以往的矢量水听器的子空间分解类算法(如I(t)+，l(f)MUSIC算法)都是以各向同性(非相干)噪声场式中：n()，(f)和，l(t)为1×”维噪声矩阵，作为假设条件的【．而入射信号相关程度的强弱且s()一Ep(t)，()，(￡)]为信号矩阵．则采直接影响基阵协方差矩阵的结构，相干噪声可能样产生一个3×N维的矢量水听器阵列矩阵使协方差矩阵变成病态矩阵，从而影响信号子空X(f)，N是数据采样点数，此时A()为3×N维间和噪声子空间的正确划分及信号、噪声特征向的流型矩阵，其表达式为量的正确估计，并使算法性能

5、变差．A()一[n(1)，⋯a(Ok)，⋯Ⅱ(～)](2)本文将阵列信号处理的空时相关矩阵算法一副式中：n()一[1，COS，sin]为第k个信号的用于单矢量水听器目标方位估计，提出了单矢量单矢量水听器阵列流型，则单矢量水听器接收数空时相关矩阵MUSIC算法，仿真实验表明不论据X(f)的协方差矩阵：噪声相关性的强弱，新算法的噪声抑制能力和目R—E[X(t)X“(f)]一AE[“]A“+E[NN“]标分辨能力均优于原方法．一ARA“+O．2J(3)收稿日期：2o1402—10张炜(1982一)：男，博士，主

6、要研究领域为军用目标特性及其信息处理技术国家部委基金项目资助(批准号：4010709010201)第4期张炜，等：单矢量水听器改进MUSIC算法的噪声抑制性能研究·865。根据子空间分解理论，如果阵列数据的信号异值分解都可以得到信号子空间和噪声子空间，分量位于协方差矩阵R的一个低秩的空间，那么为了克服不确定性可能导致R(r)奇异的问题，定可以通过特征结构类的子空间方法将数据协方差义：矩阵分解为信号子空间和噪声子空间．3()一I；I(10)R===ee“+>AiPP—一2Lr(￡一M)j[usUNALusu

7、～一这时，r。M。空时相关矩阵为UssU_H+u以NU(4)(r’]式中：e是R的特征值对应的特征向量；A是R—EE~(t)x“()]一l1(11)由特征值组成的对角阵；为最大的一个特征IR(M)l值；A为2个较小特征值组成的对角阵，大特征在实际应用中，()是由N个快拍构成．因值对应的特征向量构成了信号子空间【，s，小特征此，R(r)和R分别由时间平均来代替，此时：值对应的特征向量构成了噪声子空间u．(r)一XH㈩)理想条件下数据空间中的信号子空间与噪声子空间是正交的，此时构造入射信号的导向矢量：考虑酉矩

8、阵：a()一E1，COS0，sin(5)FI0J，]显然，若导向矢量a()指向信号子空间时，其必与噪声子空间【，正交，则单矢量水听器Q2”==[二：：]和Q21=l。；、，lMUSIC算法的空间谱估计表达式式中：J为×阶矩阵；J为n×阶交换矩阵PMuslc—Ea“()Nn(臼)](6)l，Q一Q。，对只(r)作酉变换并取实部构造的实考虑到实际接收数据矩阵是有限长的，即数数空时相关矩阵为据协方差矩阵R的最大似然估计为矗一XX“／