基于阵列信号处理的强干扰背景下弱目标提取技术

【摘要】：在现代的水声探测过程中,由于海洋环境的复杂性,声纳系统在工作时往往受到一些强干扰的影响,从而导致对弱目标的分辨能力变差,甚至会将弱目标完全掩盖。因此,将弱信号从强干扰中提取出来,是水声探测领域的一项重要课题,它直接影响到后续的各种处理工作。本论文在常规波束形成和最小方差无失真响应(MVDR)算法基础上,研究了两类弱目标提取方法:第一类是基于多目标分辨的弱目标提取技术,其特点是将干扰和目标同时分辨出来;第二类是基于干扰抑制的弱目标提取技术,它是通过抑制干扰方位信号的波束输出的方法抑制强干扰,使弱目标突显出来。主要工作如下:针对多目标分辨类的弱目标提取方法,研究了解卷积波束形成法和波束域高分辨算法两种方法。解卷积波束形成的输出结果为信号入射方向的冲激函数,因此具有极窄的主瓣宽度和极低的旁瓣级;波束域高分辨算法能够抑制波束外的干扰并且在波束区间内具有较高的分辨力。然后通过仿真分析了这两种算法的性能,包括其抗噪声、抗干扰和分辨力性能等。针对干扰抑制类的弱目标提取方法,研究了MVDR算法和使用二阶锥规划优化波束的方法。MVDR法可使用干扰加噪声的协方差矩阵构造加权向量,从而使输出结果中干扰和噪声总体的方差最小;使用二阶锥规划优化波束可以使波束在干扰方向上形成零陷,从而减小干扰对信号的影响。然后通过仿真分析了这两种方法抑制干扰的性能,包括抗噪声、抗干扰和稳健性等。最后通过对海试数据的处理,验证了算法对相干和非相干干扰抑制的实际性能。