[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

说明书

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，属于水下运动目标探测技术领域。本发明为了解决水下运动目标探测的虚警概率高和检测概率低的问题。本发明采用宽带多普勒敏感信号同时保证速度分辨力和距离分辨力，并且根据混响/干扰与运动目标的多普勒频移特性不同达到抗混响和抗干扰的目的；并在多普勒频移域通过单脉冲信号多普勒特性和多脉冲信号多普勒频移特性进行干扰抑制，在时域采用匹配滤波技术进行目标干扰分离，在空域采用波束形成技术进行干扰空域滤波。主要用于动目标的水声探测。

技术领域

本发明属于水下运动目标探测技术领域，涉及一种多普勒敏感信号动目标水声探测方法。

背景技术

水声探测领域中，主动探测方式与被动探测方式都是目标探测的主要手段。由于水下目标隐身技术的发展，使得基于目标辐射噪声的被动探测方式的性能下降明显，而基于目标回波的主动探测方式的性能虽有下降，但非反向散射方向的隐身能力有限，所以主动探测尤其是多基地探测在水下目标探测领域具有较大前景。

同时，主动探测方式仍存在问题和技术难题：

(1)探测环境复杂，虚警概率高。界面影响：海洋介面随机不均匀性会引起声散射和传播起伏，经过多次界面反射形成水声信道多途，复杂多途结构产生的虚假目标导致高虚警概率；混响影响：混响是主动声纳的主要干扰，伴随声纳发射信号而产生，是海洋大量无规则散射体产生的散射信号迭加，它严重限制了声纳作用距离和探测性能。

(2)信噪比低，检测概率低。这里的噪声是广义的，包含噪声、混响和杂波背景。造成信噪比低的原因主要有：背景环境中的噪声、混响和杂波水平较高；目标目标强度低，并且散射强度易受水体运动和自身姿态影响，回波微弱且有起伏。

发明内容

本发明为了解决水下运动目标探测的虚警概率高和检测概率低的问题。

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，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；

取出各次脉冲回波的信号分别通过带通滤波器，即分别将D(1,i,m),D(2,i,m),...,D(P,i,m)通过带通滤波器后，得到S(1,i,m),S(2,i,m),...,S(P,i,m)，组合得到一个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：

在基于多脉冲信号的多普勒频移域进行干扰抑制，由于强静态干扰的同一时延单元脉冲数据序列S_τ干扰(p)的频谱为0Hz处sinc函数，故将其0Hz主瓣滤除可极大程度上抑制强静态干扰并保留目标回波信息；

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：