專利名稱：一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種沉底目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域的目標(biāo)回波信號(hào)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的自適應(yīng)噪聲抵消方法應(yīng)用于水下混響自適應(yīng)抵消取得了一定的效果，然而其缺點(diǎn)在于參考信號(hào)中常常包含有目標(biāo)回波信號(hào)，這就使得抵消混響的同時(shí)，也將目標(biāo)回波信號(hào)也抵消掉，因此不能有效的探測(cè)到目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于水下混響背景中的目標(biāo)回波信號(hào)檢測(cè)的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是(1)對(duì)N個(gè)陣元的接收信號(hào)進(jìn)行分裂波束形成，形成左右兩個(gè)同向的波束輸出Xl、 x2，左右波束各由M個(gè)陣元數(shù)據(jù)波束形成得到；(2)對(duì)左波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理，然后與右波束輸出數(shù)據(jù)相加，相加后的數(shù)據(jù)作為自適應(yīng)混響抵消器的參考信號(hào)d ；(3)分別對(duì)左右波束信號(hào)X1、X2進(jìn)行自適應(yīng)混響抵消，自適應(yīng)混響抵消器為FIR結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器，其輸入信號(hào)為波束輸出信號(hào)，參考信號(hào)為左波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理后與右波束輸出數(shù)據(jù)相加后的數(shù)據(jù)d ；(4)將左右波束信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)混響抵消器后的兩路輸出ei、e2進(jìn)行相乘及積分處理得到最終輸出y。本發(fā)明還可以包括1、所述的自適應(yīng)混響抵消器的參考信號(hào)由對(duì)右波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理、然后與左波束輸出數(shù)據(jù)相加得到。2、所述的對(duì)N個(gè)陣元的接收信號(hào)進(jìn)行分裂波束形成，左右兩個(gè)波束陣元有重疊。3、所述的波束形成的算法采用時(shí)延或相移波束形成算法。4、所述的自適應(yīng)混響抵消的算法采用LMS算法。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)一步抑制了混響干擾，提高了檢測(cè)性能。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的信號(hào)處理過(guò)程示意圖；圖3為本發(fā)明與匹配濾波后平方包絡(luò)檢波的結(jié)果比較；圖4為本發(fā)明與分裂波束乘積陣處理方法的結(jié)果比較。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 4，本發(fā)明的工作過(guò)程第一步，對(duì)N 個(gè)陣元的接收信號(hào)進(jìn)行分裂波束形成，形成左右兩個(gè)同向的波束輸出Xl、x2，左右波束各由M個(gè)陣元數(shù)據(jù)波束形成得到。波束形成時(shí)，左右兩個(gè)波束可有部分陣元重疊。波束形成算法采用時(shí)延或相移波束形成算法。第二步，對(duì)左(右)波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理，然后與右(左)波束輸出數(shù)據(jù)相加， 相加后的數(shù)據(jù)作為自適應(yīng)混響抵消器的參考信號(hào)d。第三步，分別對(duì)左右波束信號(hào)Xl、X2進(jìn)行自適應(yīng)混響抵消，自適應(yīng)混響抵消器為自適應(yīng)濾波器，本方法中采用FIR結(jié)構(gòu)，其輸入信號(hào)為波束輸出信號(hào)，參考信號(hào)為左(右)波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理后與右(左)波束輸出數(shù)據(jù)相加后的數(shù)據(jù)d。自適應(yīng)算法可采用LMS 算法。第四步，利用混響與信號(hào)的空間相關(guān)性不同，將左右波束信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)混響抵消器后的兩路輸出ei、e2進(jìn)行相乘及積分處理得到最終輸出y。本發(fā)明原理是利用混響與信號(hào)的時(shí)域相關(guān)性不同的特性，采用自適應(yīng)濾波器對(duì)混響干擾下的接收信號(hào)進(jìn)行濾波，自適應(yīng)濾波器的參考信號(hào)是濾波效果優(yōu)劣的關(guān)鍵，參考信號(hào)中不可以含有回波信號(hào)，因此采用同向的左右波束相減除去回波信號(hào)可得到純的混響干擾作為參考信號(hào)。其原理是當(dāng)存在目標(biāo)回波信號(hào)時(shí)，由于左右波束中的目標(biāo)回波信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)刻相同，因此相減后可去除回波信號(hào)得到純的混響干擾作為參考信號(hào)。然后再利用混響空間相關(guān)性比目標(biāo)回波信號(hào)的空間相關(guān)性弱的特性，對(duì)兩路自適應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行乘積積分處理，進(jìn)一步提高信混比，從而提高檢測(cè)性能。本發(fā)明中的技術(shù)關(guān)鍵是(1)采用分裂波束形成得到同向的左右兩個(gè)波束，通過(guò)相減得到自適應(yīng)混響抵消器的參考信號(hào)，從而解決了參考信號(hào)中含有回波信號(hào)時(shí)自適應(yīng)混響抵消器削弱信號(hào)的問(wèn)題；(2)在時(shí)域同時(shí)對(duì)左右波束進(jìn)行兩路進(jìn)行自適應(yīng)混響抵消；(3)利用混響空間相關(guān)性比目標(biāo)回波信號(hào)的空間相關(guān)性弱的特性，對(duì)兩路自適應(yīng)混響抵消輸出信號(hào)進(jìn)行乘積積分處理，從而進(jìn)一步抑制混響干擾，提高檢測(cè)性能。采用本發(fā)明方法的具體實(shí)例探測(cè)水下沉底目標(biāo)。探測(cè)沉底目標(biāo)時(shí)，海底混響是主要干擾。接收陣為線列陣，16 個(gè)陣元，陣元間距0.58cm。發(fā)射陣為面陣，可大面積照亮海底，發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)帶寬20kHz，脈寬2. 5ms。分裂波束形成左右兩個(gè)波束，波束方向?yàn)開(kāi)4度(陣法向?yàn)?度，左向?yàn)樨?fù)，右向?yàn)檎?，左右波束各由15個(gè)陣元數(shù)據(jù)波束形成得到，采用時(shí)延波束形成算法。 對(duì)左波束數(shù)據(jù)進(jìn)行倒相處理，與右波束數(shù)據(jù)相加得到參考信號(hào)，分別對(duì)左右波束數(shù)據(jù)進(jìn)行混響自適應(yīng)抵消，濾波器為FIR結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化得到混響自適應(yīng)抵消器的階數(shù)為2階。自適應(yīng)算法采用LMS算法，步長(zhǎng)為0. 01。對(duì)抵消后的左右波束信號(hào)進(jìn)行相乘，對(duì)相乘后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域積分處理。最后該方法分別與常規(guī)處理方法(匹配濾波后平方包絡(luò)檢波)和分裂波束乘積陣處理方法的處理結(jié)果進(jìn)行了比較，如圖3和圖4所示。圖3中，上圖為波束形成后(16個(gè) 陣元)的輸出，沉底目標(biāo)回波不明顯(16000點(diǎn)處)，中圖為匹配濾波后平方包絡(luò)檢波的結(jié)果，可以明顯地檢測(cè)到目標(biāo)回波，但是混響干擾較為嚴(yán)重，下圖為本方法，本方法與之相比有效的抑制了混響干擾并明顯的檢測(cè)到目標(biāo)回波。圖4中是分裂波束形成后左右波束輸出信號(hào)，直接采用左右波束進(jìn)行乘積陣處理的結(jié)果，以及本方法處理結(jié)果，本方法與乘積陣相比依然有效的抑制了混響干擾并可明顯的檢測(cè)到目標(biāo)回波。
權(quán)利要求
1.一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是(1)對(duì)N個(gè)陣元的接收信號(hào)進(jìn)行分裂波束形成，形成左右兩個(gè)同向的波束輸出X1、X2，左右波束各由M個(gè)陣元數(shù)據(jù)波束形成得到；(2)對(duì)左波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理，然后與右波束輸出數(shù)據(jù)相加，相加后的數(shù)據(jù)作為自適應(yīng)混響抵消器的參考信號(hào)d ；(3)分別對(duì)左右波束信號(hào)\、&進(jìn)行自適應(yīng)混響抵消，自適應(yīng)混響抵消器為FIR結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器，其輸入信號(hào)為波束輸出信號(hào)，參考信號(hào)為左波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理后與右波束輸出數(shù)據(jù)相加后的數(shù)據(jù)d;(4)將左右波束信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)混響抵消器后的兩路輸出ei、e2進(jìn)行相乘及積分處理得到最終輸出y。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的自適應(yīng)混響抵消器的參考信號(hào)由對(duì)右波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理、然后與左波束輸出數(shù)據(jù)相加得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的對(duì)N個(gè)陣元的接收信號(hào)進(jìn)行分裂波束形成，左右兩個(gè)波束陣元有重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的波束形成的算法采用時(shí)延或相移波束形成算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的波束形成的算法采用時(shí)延或相移波束形成算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的自適應(yīng)混響抵消的算法采用LMS算法。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的自適應(yīng)混響抵消的算法采用LMS算法。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的自適應(yīng)混響抵消的算法采用LMS算法。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，其特征是所述的自適應(yīng)混響抵消的算法采用LMS算法。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種水下混響干擾的自適應(yīng)抵消方法，包括以下步驟對(duì)N個(gè)陣元的接收信號(hào)進(jìn)行分裂波束形成，形成左右兩個(gè)同向的波束輸出x1、x2，左右波束各由M個(gè)陣元數(shù)據(jù)波束形成得到；對(duì)左波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理，然后與右波束輸出數(shù)據(jù)相加，相加后的數(shù)據(jù)作為自適應(yīng)混響抵消器的參考信號(hào)d；分別對(duì)左右波束信號(hào)x1、x2進(jìn)行自適應(yīng)混響抵消，自適應(yīng)混響抵消器為FlR結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器，其輸入信號(hào)為波束輸出信號(hào)，參考信號(hào)為左波束輸出數(shù)據(jù)倒相處理后與右波束輸出數(shù)據(jù)相加后的數(shù)據(jù)d；將左右波束信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)混響抵消器后的兩路輸出e1、e2進(jìn)行相乘及積分處理得到最終輸出y。本發(fā)明進(jìn)一步抑制了混響干擾，提高了檢測(cè)性能。
文檔編號(hào)G01S7/36GK102353942SQ201110192668
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者孫輝, 朱廣平 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)