淺?；祉懎h(huán)境中主動(dòng)自導(dǎo)的空時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)于淺?；祉懴轮鲃?dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)講，混響主要來(lái)自海底和海面?；祉懽鳛闇\海自導(dǎo)系統(tǒng)特有的干擾，對(duì)水聲信號(hào)檢測(cè)性能的影響日趨凸顯，由于混響和目標(biāo)回波具有很強(qiáng)的相關(guān)性，對(duì)混響抑制一直是水聲信號(hào)處理研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文研究了淺海混響中主動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)空時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)，該研究屬于水聲信號(hào)處理領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　主動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)一個(gè)重要的特征是其運(yùn)動(dòng)引起的混響多普勒擴(kuò)展，且這種擴(kuò)展與雷達(dá)的雜波譜擴(kuò)展特性非常相似，空時(shí)

2、自適應(yīng)處理方法抑制雷達(dá)雜波的效果理想，因此，對(duì)淺海環(huán)境中自導(dǎo)系統(tǒng)混響的抑制可以借鑒這樣成熟的雜波抑制技術(shù)。針對(duì)自導(dǎo)系統(tǒng)在淺海環(huán)境下的應(yīng)用條件，采用空時(shí)自適應(yīng)算法對(duì)來(lái)自任意海底和海面的混響進(jìn)行抑制。本文主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、建立了任意形狀海底的混響譜模型。針對(duì)海底凹凸不平的實(shí)際情況，用曲面方程描述實(shí)際海底形狀，通過(guò)牛頓迭代法求出海底任意點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)海底單元與主動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)的相對(duì)位置關(guān)系和方位信息計(jì)算不同多普勒單元的混響

3、大小與發(fā)射信號(hào)能量譜卷積得到任意海底混響譜，解決了現(xiàn)有的模型將海底統(tǒng)一看作平面建模帶來(lái)的不足，進(jìn)一步推導(dǎo)給出了譜模型的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。從混響衰減曲線、混響級(jí)、概率分布以及頻域和空間相關(guān)性多個(gè)方面對(duì)混響特性進(jìn)行了分析，從仿真分析和誤差對(duì)比驗(yàn)證了譜模型的正確性。
　　2、建立了海面混響模型。研究了海面混響特性及形成機(jī)理，考慮到海面的動(dòng)態(tài)變化即譜的分布，優(yōu)化提出了動(dòng)態(tài)海面分形模型。推導(dǎo)并給出了海面散射強(qiáng)度的表達(dá)式以及在不同海面因素作用下具

4、體的海面散射強(qiáng)度計(jì)算公式。通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了各因素對(duì)散射強(qiáng)度的影響及變化規(guī)律。
　　3、研究了主動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)的混響特性。推導(dǎo)了主動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)淺?；祉懙目諘r(shí)分布，仿真驗(yàn)證了自導(dǎo)系統(tǒng)在不同安裝角度下混響分布特性。通過(guò)對(duì)STAP混響抑制方法及空時(shí)最優(yōu)處理性能的研究，得到可通過(guò)低階的空間近似全維數(shù)據(jù)空間或者向低維的子空間投影，實(shí)現(xiàn)降維處理。針對(duì)空時(shí)最優(yōu)處理中協(xié)方差矩陣估計(jì)計(jì)算量大、難以實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，對(duì)主動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)的混響自由度進(jìn)行了分析，同時(shí)給出

5、了混響子空間維數(shù)的計(jì)算方法，為空時(shí)自適應(yīng)降維研究提供基礎(chǔ)。
　　4、研究了主動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)降維STAP混響抑制。深入研究了TSA、M-CAP空時(shí)自適應(yīng)降維算法，從改善因子、運(yùn)算量、數(shù)據(jù)采樣、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等各方面分析了降維算法與最優(yōu)處理相比的優(yōu)劣性。仿真給出了不同降維算法的空時(shí)處理結(jié)果及改善因子曲線。為研究新的STAP降維混響抑制方法奠定基礎(chǔ)。
　　5、提出了基于信息熵的STAP混響抑制方法。在對(duì)空時(shí)降維算法的研究基礎(chǔ)上，引入了信息

6、熵概念做特征數(shù)據(jù)壓縮，根據(jù)特征值分解后目標(biāo)與混響所表現(xiàn)出的特性不同，對(duì)采集的空時(shí)二維數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇，通過(guò)仿真對(duì)算法進(jìn)行分析驗(yàn)證。
　　6、提出了基于信息熵的降維 STAP混響抑制方法。針對(duì)基于信息熵的STAP混響抑制方法中特征值分解帶來(lái)的算法復(fù)雜度增加問(wèn)題對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn)。在信息熵?cái)?shù)據(jù)提取的基礎(chǔ)上，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行子數(shù)組劃分，然后做空時(shí)平滑處理來(lái)估計(jì)協(xié)方差矩陣，原始的空時(shí)處理器維數(shù)由NK變?yōu)镻Q，其中（P

7、線性約束準(zhǔn)則求得自適應(yīng)權(quán)向量，對(duì)目標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)采用大小為PQ的空時(shí)窗用權(quán)矢量平滑加權(quán)輸出。
　　7、對(duì)基于信息熵的降維 STAP混響抑制方法進(jìn)行了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。從原始數(shù)據(jù)的采集到最后的輸出處理作了詳細(xì)的分析，實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明該算法可以在降低計(jì)算量的同時(shí)較好的檢測(cè)出目標(biāo)。
　　8、針對(duì)本文所建的任意形狀海底混響模型，采用基于信息熵的降維 STAP算法進(jìn)行任意海底混響抑制。用曲面方程對(duì)海底平面進(jìn)行模擬，通過(guò)牛頓迭代算法得到曲

8、面方程解計(jì)算不同位置的方位和俯仰角。根據(jù)仿真得到的混響空時(shí)分布結(jié)果，采用基于信息熵的降維STAP方法，計(jì)算混響協(xié)方差矩陣和權(quán)矢量并總結(jié)了海底混響抑制的步驟。仿真分析驗(yàn)證了任意海底形狀在不同的曲面方程下混響級(jí)、多普勒頻率的變化規(guī)律及空時(shí)輸出結(jié)果。
　　9、針對(duì)本文所建的海面混響模型，采用基于信息熵的降維 STAP算法進(jìn)行海面混響抑制。在動(dòng)態(tài)海面模型基礎(chǔ)上，分析了不同因素對(duì)海面混響的影響及不同因素作用下自導(dǎo)系統(tǒng)的海面混響空時(shí)譜和功率譜