淺?；祉懎h(huán)境中主動自導的空時自適應處理技術(shù)研究.pdf

1、對于淺?；祉懴轮鲃幼詫到y(tǒng)來講，混響主要來自海底和海面。混響作為淺海自導系統(tǒng)特有的干擾，對水聲信號檢測性能的影響日趨凸顯，由于混響和目標回波具有很強的相關(guān)性，對混響抑制一直是水聲信號處理研究中的熱點和難點。本文研究了淺?；祉懼兄鲃幼詫到y(tǒng)空時自適應處理技術(shù)，該研究屬于水聲信號處理領(lǐng)域的學術(shù)前沿，具有重要的理論意義和應用價值。
　　主動自導系統(tǒng)一個重要的特征是其運動引起的混響多普勒擴展，且這種擴展與雷達的雜波譜擴展特性非常相似，空時

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

3、大小與發(fā)射信號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的不足，進一步推導給出了譜模型的簡化計算方法。從混響衰減曲線、混響級、概率分布以及頻域和空間相關(guān)性多個方面對混響特性進行了分析，從仿真分析和誤差對比驗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理，考慮到海面的動態(tài)變化即譜的分布，優(yōu)化提出了動態(tài)海面分形模型。推導并給出了海面散射強度的表達式以及在不同海面因素作用下具

4、體的海面散射強度計算公式。通過仿真分析驗證了各因素對散射強度的影響及變化規(guī)律。
　　3、研究了主動自導系統(tǒng)的混響特性。推導了主動自導系統(tǒng)淺?；祉懙目諘r分布，仿真驗證了自導系統(tǒng)在不同安裝角度下混響分布特性。通過對STAP混響抑制方法及空時最優(yōu)處理性能的研究，得到可通過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，實現(xiàn)降維處理。針對空時最優(yōu)處理中協(xié)方差矩陣估計計算量大、難以實現(xiàn)等問題，對主動自導系統(tǒng)的混響自由度進行了分析，同時給出

5、了混響子空間維數(shù)的計算方法，為空時自適應降維研究提供基礎(chǔ)。
　　4、研究了主動自導系統(tǒng)降維STAP混響抑制。深入研究了TSA、M-CAP空時自適應降維算法，從改善因子、運算量、數(shù)據(jù)采樣、實現(xiàn)復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。在對空時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)特征值分解后目標與混響所表現(xiàn)出的特性不同，對采集的空時二維數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)選擇，通過仿真對算法進行分析驗證。
　　6、提出了基于信息熵的降維 STAP混響抑制方法。針對基于信息熵的STAP混響抑制方法中特征值分解帶來的算法復雜度增加問題對算法進行了改進。在信息熵數(shù)據(jù)提取的基礎(chǔ)上，對接收的數(shù)據(jù)進行子數(shù)組劃分，然后做空時平滑處理來估計協(xié)方差矩陣，原始的空時處理器維數(shù)由NK變?yōu)镻Q，其中（P

7、線性約束準則求得自適應權(quán)向量，對目標檢測數(shù)據(jù)采用大小為PQ的空時窗用權(quán)矢量平滑加權(quán)輸出。
　　7、對基于信息熵的降維 STAP混響抑制方法進行了實測數(shù)據(jù)的實驗驗證。從原始數(shù)據(jù)的采集到最后的輸出處理作了詳細的分析，實驗分析結(jié)果表明該算法可以在降低計算量的同時較好的檢測出目標。
　　8、針對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算法進行任意海底混響抑制。用曲面方程對海底平面進行模擬，通過牛頓迭代算法得到曲

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