低頻主動(dòng)聲納波形融合與背景歸一化.pdf

1、低頻主動(dòng)聲納在淺海工作時(shí)，混響對(duì)其目標(biāo)檢測(cè)性能的影響很大，混響的主要成分為海底反向散射。本文對(duì)波形設(shè)計(jì)和波形融合、背景歸一化以及混響與目標(biāo)回波的分離等技術(shù)進(jìn)行研究，以提高主動(dòng)聲納在淺海環(huán)境下的檢測(cè)能力。 首先，從波形設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，分析CW、LFM、PTFM信號(hào)的距離和速度分辨率以及它們的抗混響能力。分辨率和模糊度函數(shù)有直接的聯(lián)系，通過(guò)不同信號(hào)的模糊度函數(shù)分析得到如下結(jié)論：CW信號(hào)具有較好的速度分辨能力，而等脈寬的LFM信號(hào)具有

2、較好的距離分辨力，PTFM信號(hào)同時(shí)具有較好的距離分辨力和較好的速度分辨能力。在混響限制的條件下，改善信混比的有效措施是進(jìn)行信號(hào)波形設(shè)計(jì)，通過(guò)信號(hào)混響一多卜勒分布模型分析，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，采用CW信號(hào)原則上可完全抑制混響：對(duì)于靜止或低速的目標(biāo)，采用寬帶信號(hào)可以有效降低混響的譜級(jí)，從而提高檢測(cè)能力。 不同形式的信號(hào)各有優(yōu)缺點(diǎn)，然而由于聲納的工作環(huán)境不可預(yù)測(cè)，事先對(duì)要檢測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況也并不了解，因而也無(wú)從選擇合適的發(fā)射信號(hào)。如果組

3、合發(fā)射幾種信號(hào)，并采用波形融合檢測(cè)的方法，充分利用它們各自不同的特點(diǎn)，可以提高檢測(cè)性能。通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析證明組合信號(hào)可以抗頻率選擇性衰落，并且CW和LFM在檢測(cè)性能上的互補(bǔ)性還可以較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。對(duì)于組合信號(hào)的檢測(cè)使用融合方法，具有較好的效果。 另一重要內(nèi)容為后置的歸一化處理，其主要目的是為保證恒虛警檢測(cè)。通過(guò)對(duì)背景歸一化的原理及其瞬態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的分析，得到合理選擇背景估計(jì)時(shí)所利用的樣本數(shù)可以減少檢測(cè)損失。本

4、文采用時(shí)間和波束的二維歸一化方法，對(duì)均值、中值、加權(quán)等不同的歸一化算法及所選的參數(shù)進(jìn)行了比較。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)及實(shí)際海試數(shù)據(jù)的分析，歸一化處理可有效地降低數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍，顯示畫(huà)面背景均勻，目標(biāo)回波清晰，提高了檢測(cè)性能，降低了虛警概率。 通過(guò)歸一化處理，混響干擾被平滑，弱信號(hào)目標(biāo)顯示清晰。本文受背景歸一化處理思路的啟發(fā)，用特征識(shí)別的方法來(lái)加強(qiáng)回波信號(hào)的顯示效果。對(duì)混響、噪聲和目標(biāo)回波的不同分布特征分析，可以發(fā)現(xiàn)，雖然主動(dòng)聲納發(fā)射的信號(hào)形

5、式各異，但經(jīng)過(guò)匹配濾波等信號(hào)處理后其混響、噪聲和目標(biāo)回波都保存了明顯的特征，混響幅值大、所占的距離點(diǎn)和方位點(diǎn)數(shù)多，分布廣；噪聲背景幅值較小、所占的距離點(diǎn)和方位點(diǎn)數(shù)多，分布廣；目標(biāo)回波距離尺度和方位尺度都較小?；谶@些特征，通過(guò)選擇兩個(gè)大小合適的同心兩維滑動(dòng)窗，小窗大小與目標(biāo)回波尺度相當(dāng)，大窗大小與大尺度混響尺度相似，利用小窗的均值和大窗中(不包括小窗)的均值比值大小的不同來(lái)區(qū)分混響、目標(biāo)回波和噪聲背景，最后用不同的顏色進(jìn)行綜合顯示。本文