時(shí)延—多普勒最小互熵空間譜分析主動(dòng)聲納情景成像和目標(biāo)定位.pdf

1、主動(dòng)探測(cè)面臨的問(wèn)題可以分為三類:第一類是目標(biāo)信號(hào)存在于白噪聲或者各向均勻同性噪聲信號(hào)中，此時(shí)可以用常規(guī)波束形成和常規(guī)匹配濾波的方法檢測(cè)和估計(jì)目標(biāo)。第二類是目標(biāo)信號(hào)存在于噪聲信號(hào)和干擾信號(hào)中，但是目標(biāo)信號(hào)較強(qiáng)且類目標(biāo)干擾數(shù)量遠(yuǎn)小于接收陣陣元數(shù)，此時(shí)可以采用MVDR波束形成和匹配濾波的方法探測(cè)目標(biāo)。上述兩種情況均屬于目標(biāo)定位，此時(shí)只考慮目標(biāo)信號(hào)，而目標(biāo)信號(hào)是低維的，所以是解過(guò)定問(wèn)題，有唯一解，可以正向求解。第三類問(wèn)題也是目標(biāo)信號(hào)存在于噪聲信

2、號(hào)和干擾信號(hào)中，但是目標(biāo)信號(hào)較弱，且類目標(biāo)干擾的數(shù)目遠(yuǎn)大于陣元的數(shù)目，此時(shí)是解欠定逆問(wèn)題，解不唯一，前述方法均不再適用。
　　第三類問(wèn)題的解決辦法就是在觀察中引入成像這一前處理環(huán)節(jié)，在像中搜索和跟蹤目標(biāo)。所謂成像是指對(duì)目標(biāo)所在的情景成像，此時(shí)同時(shí)需要考慮情景信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)。情景信號(hào)復(fù)雜且高維，情景成像是從低維觀測(cè)數(shù)據(jù)中估計(jì)高維的情景信息，為了增加觀測(cè)維數(shù)，成像系統(tǒng)中陣要運(yùn)動(dòng)起來(lái)并發(fā)射脈沖串信號(hào)，以增加空域和時(shí)域采樣點(diǎn)。
　　

3、本文研究時(shí)延-多普勒情景成像和目標(biāo)定位，其中時(shí)延對(duì)應(yīng)距離，多普勒對(duì)應(yīng)徑向速度。時(shí)延和多普勒是模糊度函數(shù)關(guān)注的兩維參量，模糊度函數(shù)在表征信號(hào)的特性上具有源頭性的位置，所以它在時(shí)延-多普勒主動(dòng)聲納情景成像和目標(biāo)定位中都有重要作用。目標(biāo)定位可以看成情景成像的特例。由于成像方程r(τ，v)=ρ(τ，v)**x(τ，v)，故可將成像看成對(duì)情景的時(shí)延-多普勒二維濾波，其中r(τ，v)為輸出，ρ(τ，v)為情景反射密度，x（τ，v）為發(fā)射信號(hào)s(t)

4、的模糊度函數(shù)，x(τ，v)可以看成濾波過(guò)程的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。
　　由于成像的本質(zhì)是解欠定逆問(wèn)題，解不唯一，故要求最佳解。所謂的“最佳”是在一定原則意義下的最佳。成像信號(hào)處理有兩大理論支撐——最小二乘發(fā)軔的估計(jì)理論和熵出發(fā)的信息理論，對(duì)應(yīng)的方法分別是似然方法和信息熵方法。似然方法和熵方法具有等價(jià)性，一方面二者都基于概率分布，另一方面相同概率分布條件下二者會(huì)得到相同的估計(jì)結(jié)果。
　　從似然方法的角度，我們可以用互模糊度函數(shù)匹配濾波實(shí)

5、現(xiàn)時(shí)延-多普勒成像。由于采樣互模糊度函數(shù)xc(τ，v)=ρ(τ，v)**x(τ，v)剛好對(duì)應(yīng)于成像方程，所以可以通過(guò)互模糊度函數(shù)和自模糊度函數(shù)的二維解卷得到情景反射密度ρ(τ，v)，實(shí)現(xiàn)時(shí)廷-多普勒成像。
　　相比于似然方法，熵方法用熵來(lái)度量不確實(shí)性，尋求的是熵最大（或互熵最小），所以熵方法能夠充分利用給定的信息，并避免使用任何沒(méi)有給定的信息，從而最大程度地不倚靠不確實(shí)性。將最小互熵原理用于譜分析我們得到最小互熵譜分析方法，根據(jù)譜

6、分析的空時(shí)等效性原理，把最小互熵譜分析從時(shí)域擴(kuò)展到空域，可以實(shí)現(xiàn)最小互熵空間譜估計(jì)，用最小互熵空間譜分析的方法實(shí)現(xiàn)時(shí)延和多普勒信息的估計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時(shí)延-多普勒最小互熵空間譜分析成像。這正是本文重點(diǎn)研究的方法。
　　由于目標(biāo)定位是情景成像的特例，所以本文先從簡(jiǎn)單的目標(biāo)定位入手，分別實(shí)現(xiàn)互模糊度函數(shù)匹配濾波方法和最小豆熵空間譜分析方法的目標(biāo)定位，進(jìn)而把定位發(fā)展到成像。因而本文的研究?jī)?nèi)容分五個(gè)部分展開，第一部分對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行概述;第二部