双基地声呐直达波干扰抑制算法研究

发布时间：2020-06-15 02:41

【摘要】：随着潜艇隐身技术的不断升级和发展,使得传统收发合置声呐在反潜方面暴露出很多弊端,如作用距离减小,隐蔽性较差等。为了提高声呐系统的探测能力,可以采用收发分置的多基地声呐探测系统。与收发合置的声呐探测系统不同,多基地声呐探测系统在工作时,接收基地除了接收到目标回波,还会接收到来自发射基地的直达波,这对目标检测造成了很大影响。因此,有效抑制直达波信号成为多基地声呐体系中的关键性问题。本文的主要研究内容为多基地声呐系统的基本构成,即双基地声呐系统中的直达波干扰抑制问题。主要内容有以下几个方面:1.直达波定义为从发射基地沿着基线,不经过目标反射直接传播到接收基地的信号,由于双基地声呐系统配置方式已知,直达波干扰可等效为方向已知的强相干干扰。直达波与目标回波在时域、空域、能量以及频域方面都有一定的区别,本文主要研究在空域上抑制直达波的方法。2.对几种直达波干扰抑制算法进行仿真分析:基于自适应阵列信号处理的算法优点是可以自适应的形成零陷,缺点是存在相干相消的现象;基于时延补偿的算法优点是计算量较小,方法简单,缺点是对直达波的时延估计要求较高;针对当直达波干扰方向靠近期望方向算法性能降低这一缺点,研究了一种阻塞矩阵的方法来抵消主瓣内的干扰,当直达波干扰与目标回波角度差异较小时也可正确估计目标回波的方位。3.基于零点约束的算法对干扰抑制效果较好,可在干扰方位产生很深的零陷,为了进一步控制波束旁瓣高度,提出一种改进的直达波抑制算法,在零点约束的基础上,用加权稀疏约束的方法来降低波束的旁瓣。在不同信噪比,干信比,以及阵列流形存在误差时,对改进算法进行仿真分析。经分析可知,基于加权稀疏约束的零点约束算法,相较于常规零点约束算法,旁瓣级降低约6dB,且在低信噪比条件下具有更优的性能,并且保持了基于常规波束形成零点约束算法的稳定性。结合实验数据分析,当干信比为35dB时,该算法能有效抑制直达波干扰,正确估计目标方位,算法有效。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.76
【图文】：

声呐,多基地雷达,研究报告,20世纪

图 1.1 多基地雷达20 世纪 70-80 年代，美国发表多篇双基地声呐的理论文章和研究报告[10-12]。1989年，美国 BBN 系统公司发表了“双基地主动声呐基础” ，研究了双基地声呐系统的理论和基础，以及双基地声呐系统的混响特性[13-16]。20 世纪 90 年代，我国对双/多基地声呐展开研究，相关研究所和院校对双基地声呐系统的定位原理与误差、作用距离和作用精度等方面开展了深入研究。目前国内学者主要完成了以下研究工作：①深入分析了双/多基地声呐系统的工作特点，多基地声呐的配置方式很大程度上决定了探测系统的性能。与单基地声呐系统配置方式不同，双/多基地声呐系统采用收发分置的配置方式，即发射机与接收机相距很远的位置；②对双/多基地声呐系统的定位方法与定位误差进行了仿真研究，绘制了不同基地数目，不同配置方式下的多基地声呐的 GDOP 误差分析，分析对比其性能[17-19]；③初步研究了双/多基地探测的若干技术，如数据融合，直达波抑制等。数据融合为：由于双基地声呐系统是多基地声呐系统的最小单元，每组双基地声呐都能得到一组探测结果，根据多发多收的配置，融合所有的定位结果，得到最终探测结果。④对双基地声呐的混响特性及目标特性进行了理论分析与仿真，收发分置后，检测点多样化，导致混响特性

直达波,声呐系统,抑制技术,基地

图 1.2 多基地声呐探测1.2.2 直达波抑制技术多基地声呐系统的基本构成单位为双基地声呐系统。由于双基地声呐系统配置特点，使得接收基地不仅会收到来自目标的反射回波，也会收到来自发射机的直达波信号。同双/多基地雷达系统一样，双基地声呐系统也需要解决直达波抑制的问题。目前，国内外对直达波干扰抑制算法有一定的研究。直达波是指不经目标反射，从发射基地直接到接收基地的信号，受直达波信号影响的区域称为直达波掩蔽区域。由于直达波的传播路径比目标回波的路径短，能量损失较少，故直达波和目标回波相比有较强的强度。由于双基地声呐系统的配置方式已知，于是可以确定发射机与接收机的位置，可以认为直达波干扰是方向已知的强相干干扰。直达波抑制技术的目的是抑制直达波方向上的信号，提取弱信号，使处理结果中不含有干扰信息。要抑制探测过程中的直达波干扰，可以从硬件方面以及信号处理方面对直达波进行抑制。从硬件方面进行直达波抑制，可以对声呐进行设计，也可以通过多个基地声呐的

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