[发明专利]基于时空频联合干扰抑制的多普勒敏感信号动目标水声探测方法

权利要求书

1.基于时空频联合干扰抑制的多普勒敏感信号动目标水声探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、数据预处理：

采集N个阵元接收到的经过AD变换后的数字信号，每次脉冲回波信号的时域采样点数为M，采集共处理脉冲回波数为P，将采集的数据存入一个P×N×M的三维数据矩阵D(p,i,m)，其中p是脉冲回波序号，p＝1,2,...,P；i是阵元序号，i＝1,2,...,N；m是时域采样点序号，m＝1,2,...,M；

每个阵元通道的每次脉冲回信号通过带通滤波器，得到一个新的P×N×M的三维数据矩阵S(p,i,m)；

步骤2、基于多脉冲信号多普勒频移特性的干扰滤波器：

利用基于最小均方自适应算法的干扰多普勒频移滤波器，滤除多脉冲同一时延单元数据序列的0Hz频率分量，得到经干扰抑制后的三维数据矩阵R(p,i,m)；

步骤3、单脉冲频率-距离-方位三维信号处理：

根据目标运动最大速度估计多普勒滤波器组的多普勒频移取值范围，根据信号频率分辨力确定多普勒频率取值精度，记滤波器组中各匹配滤波器多普勒频移取值为fd＝fd₁,fd₂,...,fd_r；

选取某一固定阵元i₀并固定发射脉冲数p₀，匹配滤波器输入信号为从三维矩阵取出的一维向量R(p₀,i₀,m)，设发射参考信号为h(m)，则单脉冲频率-距离二维处理方法如下：

F(p₀,i₀,k,fd)＝E{R(p₀,i₀,m+k)·h^*(m)·e^j2π·fd·m}

F(p₀,i₀,k,fd)为单脉冲频率-距离二维处理结果，其中，k是时延采样点序号，k＝1,2,...,M；fd是多普勒频移序号，fd＝fd₁,fd₂,...,fd_r；E{·}表示求平均值；h^*(m)是h(m)的共轭形式；

依次将每个阵元通道的每个脉冲回波作为多普勒滤波器组的输入，最后得到一个P×N×M×r的四维数据矩阵F(p,i,k,fd)；

针对N元等间隔线阵，设阵元间隔为d，为当目标满足远场条件时，设c为声速，回波方向与阵法线方向夹角即目标方位为θ，则相邻基元间的时延差为：

针对第p₀次脉冲回波，匹配滤波器参考信号频移fd₀，各阵元信号为F(p₀,i,k,fd₀)；

对阵元i信号作fs点DFT运算，共N个阵元，要进行N次DFT运算；所述对阵元i信号作fs点DFT运算如下：

把信号带宽均匀划分为Y个频段，每个频段中心频率用f_y表示；以阵元1为基准，相邻阵元信号时域插入不同的时延Δτ_i，即在频域乘不同的时间因子ω＝2πf_y，对所有频段求和并将代入其中，即：

将X_Y(p₀,i,f,θ,fd₀)结果作IDFT变换回时域并将所有阵元的时域结果求和输出：

结合主动声纳收发合置系统模型，得到单脉冲回波某频率下的距离-方位二维处理结果：

B(p₀,ρ,θ,fd₀)即为单脉冲回波某频率下的距离-方位二维处理结果；

取出各阵元的第一次脉冲回波数据，把各频移匹配的结果作为波束形成处理的输入，即分别对F(1,i,k,fd₁),F(1,i,k,fd₂),...,F(1,i,k,fd_r)进行波束形成处理后得到B(1,ρ,θ,fd₁),B(1,ρ,θ,fd₂),...,B(1,ρ,θ,fd_r)，即为第一次脉冲回波数据的频率-距离-方位三维信号处理结果，其中ρ代表距离，θ代表方位角；再取出各阵元第二次脉冲回波数据做同样处理，得到B(2,ρ,θ,fd₁),B(2,ρ,θ,fd₂),...,B(2,ρ,θ,fd_r)，循环处理，直到最后一次脉冲回波数据，得到B(P,ρ,θ,fd₁),B(P,ρ,θ,fd₂),...,B(P,ρ,θ,fd_r)；最后存储四维数据矩阵B(p,ρ,θ,fd)，即得到不同脉冲回波的频率-距离-方位信息，从而实现动目标的水声探测。