一種用于拖曳線列陣的逆波束形成干擾抵消方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及拖曳線列陣強(qiáng)干擾抵消技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于拖曳線列陣的逆 波束形成干擾抵消方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微弱信號(hào)的檢測(cè)與估計(jì)是陣列信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)目標(biāo)信號(hào)很弱而干擾 信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，在空間譜估計(jì)中目標(biāo)信號(hào)的譜峰會(huì)被強(qiáng)干擾的旁瓣所掩蓋，對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè) 概率和波達(dá)方向估計(jì)造成很大影響。因此，若要實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)和估計(jì)，必須對(duì) 強(qiáng)干擾進(jìn)行有效抵消。
[0003] 在實(shí)際工程中，基于干擾方位特性的逆波束形成干擾抵消方法是經(jīng)常用到的，逆 波束形成干擾抵消方法是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者提出的一種干擾抵消方法，該方法首先檢測(cè)干 擾信號(hào)的方位，然后利用干擾方位知識(shí)構(gòu)造干擾信號(hào)，最后利用構(gòu)造的干擾信號(hào)進(jìn)行干擾 抵消。但是該方法對(duì)整個(gè)陣列僅有一個(gè)估計(jì)干擾信號(hào)，忽略了由陣型畸變、聲速變化等原因 造成的干擾信號(hào)在各個(gè)陣元上的差異。而在實(shí)際工程應(yīng)用中，陣型畸變、聲速變化等因素往 往又是存在的，忽略了這些因素的逆波束形成干擾抵消方法的寬容性較差，當(dāng)環(huán)境參量發(fā) 生變化時(shí)，逆波束形成干擾抵消效果會(huì)嚴(yán)重下降，進(jìn)而影響信號(hào)的進(jìn)一步檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)有的逆波束形成干擾抵消方法的寬容性較差，進(jìn)而 導(dǎo)致干擾抵消效果差的技術(shù)問(wèn)題，在存在陣型畸變、聲速變化等復(fù)雜海洋環(huán)境下，提出了一 種逆波束形成干擾抵消的改進(jìn)處理方法，以提高現(xiàn)有的干擾抵消方法在復(fù)雜海洋環(huán)境下的 性能，利于目標(biāo)的進(jìn)一步檢測(cè)和估計(jì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種具有良好寬容性的 逆波束形成干擾抵消方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于拖曳線列陣的逆波束形成干擾抵消方法， 該方法包括：
[0006] 步驟1)獲取拖曳線列陣中各個(gè)陣元的接收信號(hào)，并建立陣列接收信號(hào)模型；
[0007] 步驟2)利用步驟1)中建立的陣列接收信號(hào)模型進(jìn)行常規(guī)波束形成，從該波束形 成的結(jié)果中選取最大波束輸出方位作為干擾來(lái)向；
[0008] 步驟3)從步驟2)得到的干擾來(lái)向中選取與待估計(jì)陣元相鄰的陣元的接收信號(hào)， 構(gòu)造干擾重建矩陣I，
[0009]
[0010]其中，r=exp(_j2 31fdcos9 /c)，j表示虛數(shù)單位，d表示陣元間距，c表示水聲 聲速，f表示接收信號(hào)頻率，Q表示搜索的方位角，N表示選取的相鄰陣元的個(gè)數(shù)，M表示拖 曳線列陣的陣元個(gè)數(shù)，且N<M;
[0011] 步驟4)利用步驟3)中建立的干擾重建矩陣1估計(jì)干擾信號(hào)矩陣，該干擾信號(hào)矩 陣Iest =WJ，X表示陣列接收信號(hào)；
[0012] 步驟5)利用步驟4)中估計(jì)的干擾信號(hào)矩陣1^進(jìn)行歸一化處理，并根據(jù)歸一化 后的干擾信號(hào)矩陣對(duì)陣列接收信號(hào)模型進(jìn)行干擾抵消，得到干擾抵消后的陣列接收信號(hào)矩 陣；
[0013] 步驟6)對(duì)步驟5)中獲得的陣列接收信號(hào)矩陣進(jìn)行波束形成，得到目標(biāo)信號(hào)的空 間譜。
[0014] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)中的陣列接收信號(hào)模型表示為：
[0015] X(t) = {x^t),x2(t), ???,xM(t)}T
[0016] 其中，x(t)表示各陣元在時(shí)刻t的接收信號(hào)，M表示拖曳線列陣的陣元個(gè)數(shù)，T表 示矩陣轉(zhuǎn)置。
[0017] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)中的常規(guī)波束形成的輸出表示為：
[0018]
[0019] 其中，j表示虛數(shù)單位，M表示拖曳線列陣的陣元個(gè)數(shù)，表示第m個(gè)陣元的加權(quán) 系數(shù)，d表示陣元間距，c表示水聲聲速，f表示接收信號(hào)頻率，0表示搜索的方位角，X"(f) 表示第m個(gè)陣元頻域形式的接收信號(hào)。
[0020] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟5)中根據(jù)歸一化后的干擾信號(hào)矩陣 對(duì)陣列接收信號(hào)模型進(jìn)行干擾抵消的方法表示為：
[0021] Xpro =X-I'est
[0022] 其中，Xpro表示干擾抵消后的陣列接收信號(hào)矩陣，X表示陣列接收信號(hào)，I' est表示 歸一化后的干擾信號(hào)矩陣。
[0023] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟6)中陣列接收信號(hào)矩陣進(jìn)行波束形 成的公式表示為：
[0024] P' (w, 9 ) =P's(w, 9 )+P' : (w, 0 )+P'n(w, 9 )
[0025] 其中，P's(w，0)表示波束形成的信號(hào)項(xiàng)，P\(W，0)表示波束形成的干擾項(xiàng)， P'>，0)表示波束形成的噪聲項(xiàng)，上式中的P's(w，ehP'Jw，0)和P'>，0)分別表示 為：
[0029] 其中，s(w)是目標(biāo)信號(hào)的頻域形式，I(w)是干擾信號(hào)的頻域形式，ni(w)表示第i 個(gè)陣元接收到的背景噪聲，j表示虛數(shù)單位，e表示搜索的方位角，N表示選取的相鄰陣元 的個(gè)數(shù)，M表示拖曳線列陣的陣元個(gè)數(shù)，且N彡Y表示目標(biāo)信號(hào) cC 的方向、〇表示干擾信號(hào)的方向，d表示陣元間距，c表示水聲聲速;w表示角頻率，e是自 然對(duì)數(shù)底，入i二人2二e-jw'I二e-，T' =dcos0 /c，Ai表示第i個(gè)陣元的 隨機(jī)干擾。
[0030] 本發(fā)明的逆波束形成干擾抵消方法通過(guò)充分考慮環(huán)境變量變化情況，重新構(gòu)造干 擾估計(jì)，使該方法在環(huán)境變量多變的情況下獲得較好的干擾抵消效果，利于信號(hào)的進(jìn)一步 檢測(cè)。理論分析及Matlab數(shù)值仿真結(jié)果表明：本發(fā)明較現(xiàn)有的逆波束形成干擾抵消方法在 環(huán)境變量變化的情況下具有更好的干擾抵消效果。
[0031] 本發(fā)明的一種用于拖曳線列陣的逆波束形成干擾抵消方法優(yōu)點(diǎn)在于：
[0032] 本方法通過(guò)干擾重建矩陣I來(lái)估計(jì)干擾信號(hào)，充分考慮陣型畸變、聲速變化等因 素隨著陣元的變化，并針對(duì)每個(gè)陣元的情況重建干擾信號(hào)，使每個(gè)陣元都有獨(dú)立的重建干 擾信號(hào)；進(jìn)而利用該方法可以提高現(xiàn)有的逆波束形成干擾抵消方法的寬容性，在復(fù)雜多變 的海洋環(huán)境中獲得較好的干擾抵消效果，利于信號(hào)的進(jìn)一步檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1為一種用于拖曳線列陣的逆波束形成干擾抵消方法流程圖。
[0034] 圖2為拖曳線列陣中陣元布陣圖。
[0035] 圖3為干擾項(xiàng)期望最大值隨陣元數(shù)目變化的曲線對(duì)比圖。
[0036] 圖4為無(wú)隨機(jī)擾動(dòng)情況下，陣列接收信號(hào)直接波束形成示意圖。
[0037] 圖5為無(wú)隨機(jī)擾動(dòng)情況下，利用常規(guī)逆波束形成干擾抵消方法進(jìn)行干擾抵消后波 束形成示意圖。
[0038] 圖6為無(wú)隨機(jī)擾動(dòng)情況下，利用本發(fā)明的逆波束形成干擾抵消方法進(jìn)行干擾抵消 后波束形成示意圖。
[0039] 圖7為有隨機(jī)擾動(dòng)情況下，陣列接收信號(hào)直接波束形成示意圖。
[0040] 圖8為有隨機(jī)擾動(dòng)情況下，利用常規(guī)逆波束形成干擾抵消方法進(jìn)行干擾抵消后波 束形成示意圖。
[0041] 圖9為有隨機(jī)擾動(dòng)情況下，利用本發(fā)明的逆波束形成干擾抵消方法進(jìn)行干擾抵消 后波束形成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述一種逆波束形成干擾抵消方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明。
[0043] 在對(duì)本發(fā)明的逆波束形成干擾抵消方法做詳細(xì)說(shuō)明前，首先對(duì)本實(shí)施例中的拖曳 線列陣加以描述。如圖2所示，該拖曳線列陣是陣元數(shù)為M的等間距水平線陣，目標(biāo)從Y方向輻射信號(hào)、干擾從〇方向輻射吸納后，經(jīng)水聲信道傳播后到達(dá)該拖曳線列陣。以該拖 曳線列陣為例，下面對(duì)本發(fā)明的方法做詳細(xì)說(shuō)明。
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明所述的用于拖曳線列陣的逆波束形成干擾抵消方法包括以下 步驟：步驟1):獲取拖曳線列陣中各個(gè)陣元的接收信號(hào)，并建立陣列接收信號(hào)模型；
[0045] 此時(shí)的陣列接收信號(hào)模型可表示為：
[0046] X(t) = {x^t),x2(t), ???,xM(t)}T (1)
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