[发明专利]一种基于MIMO的高分辨水下目标探测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MIMO的高分辨水下目标探测方法，是一种声纳信号处理新方法，属于水声目标检测和定位领域。

背景技术

现有的基于水平收发阵结构的水下目标探测方法都是相控阵结构，发射阵驾驶同一探测信号发射至某一方向，通过扫描的方式探测所有感兴趣的方向，接收阵接收信号回波，通过对接收信号波束形成和匹配滤波实现对目标检测和定位。相控阵探测方法的目标分辨率和接收阵的阵孔径成比。因此为了提高目标的分辨率可以通过增大收发射阵的孔径来达到，但是阵孔径的扩展需要更多的发射接收设备，设计更复杂声纳系统，付出更大的经济代价。而且相控阵是指向性发射同一种信号，一次只能检测到一个感兴趣的方位，实现全方位的检测需要经过多次全方位扫描，需要很多探测时间。

发明内容

本发明的目的是针对现有声纳技术的存在的问题，提供一种基于MIMO的高分辨水下目标探测方法。

MIMO指的是多输入多输出，多输入指的是同时发射正交探测信号，多输出指的是接收阵接收的信号回波中包含不同探测信号带回的目标信息，通过波束形成和匹配滤波处理，区分出不同发射信号回波的虚拟数据向量，得到波形分集增益，扩展虚拟阵孔径，来到达高分辨率的检测和定位。同时MIMO是无指向性发射正交波形，一次发射可以实现对所有方位的检测，因而能够节省更多的探测时间。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明基于MIMO的高分辨水下目标探测装置包括：

信号发射机，用于发射正交信号；

功率放大器，用于将正交信号进行功率放大；

发射换能器阵，用于将放大后的正交信号由电信号转化为声信号，并将声信号发射至欲探测水域；

接收水听器阵，用于接收所述发射换能器阵发射的声信号的回波，并将所述声信号的回波转换为电信号；

信号接收机，用于接收并存储所述接收水听器阵所转换的电信号；

信号处理器，用于接收来自信号接收机收的电信号，并对该电信号进行MIMO处理，得到MIMO波束模式；利用式(1)对MIMO波束模式进行估计，得到潜在目标的方位，然后利用式(2)所示的广义似然比检测器检测所述潜在目标的方位上是否真实存在目标：

θ^=argminθ,αQ(θ)---(1)]]>

Q(θ^)≥H1<H0δ---(2)]]>

式(1)和(2)中，Q(θ)为MIMO波束模式，θ为目标可能存在的所有方位，α是目标的反射系数，为估计出的潜在目标的方位，为估计出的潜在目标方位上的波束模式值，H₀表示所估计出的潜在目标的方位上不存在真实的目标，H₁表示所估计出的潜在目标的方位上存在真实的目标，δ为广义似然比检测器的检测阈值。