專利名稱：一種基于前向預(yù)測的被動時間反轉(zhuǎn)混響抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水聲被動時間反轉(zhuǎn)混響抑制方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的進步，主動聲納不斷向低頻、大功率、大孔徑方向發(fā)展。由于工作頻 率的降低，海底混響越來越成為淺海低頻主動聲納工作性能的主要限制因素。由于其 一系列特殊的性質(zhì)，混響抑制一直是困擾聲納信號處理的難題。時間反轉(zhuǎn)處理(通常 也被簡稱為時反處理)是一種以海洋環(huán)境本身作為空時匹配濾波器的新的自適應(yīng)處理 方法，可以在沒有環(huán)境及換能器陣列結(jié)構(gòu)等先驗知識的條件下，實現(xiàn)聲場的自適應(yīng)空 時聚焦。近年來，這種時間反轉(zhuǎn)處理方法被逐漸應(yīng)用于淺海波導(dǎo)中的混響抑制和回波 信混比增強，國內(nèi)外學者提出了多種實現(xiàn)方法
1) 直接時反處理方法；
2) 主動時反混響凹槽設(shè)置方法；
3) 被動時反混響抑制方法；
4) 前后混響零點約束條件下基于時反算子分解的信混比增強方法該方法。 這些方法在實際應(yīng)用中均有一定的局限性。直接時反處理方法要求在目標附近放
置一個探測聲源，這是實際中是不可能的。主動時反混響凹槽設(shè)置方法利用了純粹的 海底混響子空間，當回波信號中同時包含目標和海底混響信號時，在沒有其它先驗信 息的條件下，要分離目標回波子空間和海底混響子空間是十分困難的，此時若使用這 種混響抑制方法，可能會使目標回波和混響同時被抑制，而且，這是一種主動處理方 式，實際中需要對各個可能存在目標的距離上依次進行主動發(fā)射-接收處理。被動時反 混響抑制方法是主動時反混響凹槽設(shè)置方法在被動情況中的推廣，直接對接收的混響 信號進行抑制處理，而不需要在各個檢測距離上進行主動發(fā)射一接收處理，但同樣存 在著可能會使目標回波和混響同時被抑制的問題。前后混響零點約束條件下基于時反 算子分解的信混比增強方法解決了上述問題，但這是一種主動處理方法，需要對各個 可能存在目標的距離上依次進行主動發(fā)射-接收處理，這在實際應(yīng)用中需要耗費較長的 時間。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于前向預(yù)測的被動時反混響抑制新 方法，能夠解決當前時反混響抑制方法可能會使目標回波和混響同時被抑制的問題， 同時避免主動時反混響抑制方法需要對各個可能存在目標的距離依次進行主動發(fā)射-接收處理的重復(fù)操作，為時間反轉(zhuǎn)處理在混響抑制的實際工程應(yīng)用提供一種有效可靠 的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟 1.海底混響和目標回波的建模和加窗處理
將時間反轉(zhuǎn)陣列(SRA-Source Receiver Array)取為一個由iV個陣元組成的收發(fā)合 置垂直陣列。SRA在/^。時刻發(fā)射一個脈寬為r的脈沖信號，該過程產(chǎn)生的回波信號 被記錄在每個陣元上。忽略多次散射，與SRA水平距離為r附近的散射體(包含目標 和海底散射體)對接收到的回波的作用可以通過一時間窗表示
其中，w表示時間窗，/表示時間，^=2卡。是來回傳播的近似時間，r是散射體與SRA 的水平距離，c。是平均模態(tài)群速度。A是用來處理的時間窗的寬度，對于一個窄帶信 號，典型地，取A-r。
通過返回到SRA的混響信號加窗處理，可以將某時刻的混響信號近似認為是由單 個海底散射體散射產(chǎn)生。圖1給出了目標和海底散射體到SRA的散射模型。從目標S, 到SRA的傳輸函數(shù)向量可以寫為A,[W…，/^]T，其中，(下標沁l,2,…,AO表 示目標S,到SRA的/號陣元的傳輸函數(shù)。同樣地，海底散射體一S,、海底散射體二&和 海底散射體三S4到SRA的傳輸函數(shù)向量可分別記作/^、 A和&。其中，S,和目標S,位 于同一距離，S,和S4分別位于S,的前后兩側(cè)，與82的間距都為^ = ^。/2。
那么針對檢測距離n SRA接收的回波信號可以寫成如下頻域形式
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，w為信號的角頻率，x(r,w)表示SRA接收的距離r對應(yīng)的回波信號，5( )表示 目標回波信號，r(A",w)表示SRA接收的距離r對應(yīng)的混響信號，即由目標距離上的海 底散射體S,散射產(chǎn)生的混響信號，"(w)為環(huán)境噪聲，可以認為是加性白噪聲，與目標
回波和海底混響?yīng)毩ⅰ＠肊llis提出的淺海射線-簡正波混響模型可以得到某距離對
應(yīng)的海底混響信號，利用基于簡正波的KRAKEN模型可以得到目標的散射聲壓和傳
播時間(相當于目標回波信號)。
2.獲得目標距離對應(yīng)的信號(目標回波+海底混響)子空間 這一步將對上一步加窗處理后的回波信號進行時反算子分解來獲得目標距離對應(yīng)
的信號(目標回波+海底混響)子空間。
當檢測距離r上存在目標時，該距離對應(yīng)的SRA接收的回波信號可以寫為
x(r,fij) = s(ty)十+ (3)
其中，w為頻率，s(w)為目標回波信號，Krw)為由目標距離上的海底散射體S2散射
產(chǎn)生的混響信號，fi(o0為環(huán)境噪聲，可以認為是加性白噪聲，與s(w)和/^,w)獨立。 這里主要考慮混響背景，忽略環(huán)境噪聲的影響。利用傳輸函數(shù)向量，目標回波^y)和
海底混響/^，《; 也可以寫為
5(6)) = ^^ = A A, (4) / (/,<y) = c2A2^e = S2/r2 (5) 其中，e是SRA的激勵權(quán)向量，q和q分別為目標S,和散射體S2的散射因子。取多個 不同激勵e,，可以得到多個不同的接收信號?？梢詫懗删仃囆问?略寫頻率w ):
夂=好？<:朋 (6)
其中，上標T表示轉(zhuǎn)置，AT = [a:, 0, w), x2 (/%， jcw 0, w)] ， ， i/ = [A, ， A2 ]T ， C = diag(c, ，c2)， E-[e,，q,…，^]為激勵矩陣，每一列向量^代表SRA的一種激勵。當激勵矩陣為iV階
正交陣時(這里取標準正交Hadamard矩陣)，利用接收信號矩陣AT可以構(gòu)建一個協(xié)方 差矩陣/ -xv:H，則時間反轉(zhuǎn)算子(TRO)可以寫成
TRO = (X\TH)'=if* (7)
由特征值分解可以得到
TRO = l/M/H+rQKH (8)
其中，右式兩部分分別對應(yīng)了信號子空間和噪聲子空間，A是一個《x《的對角陣，包 含了《個大于噪聲方差的特征值，Q是一個(W-/Qx(iV-《)的對角陣，包含了TV-尺個 等于噪聲方差的特征值，f/是一個Wx/:的矩陣，包含了信號子空間的《個特征向量
(",，！' = 1，一,)， r是一個iVx(iv—/:)的矩陣，包含了噪聲子空間的w-z:個特征向
量(v,， ！、i,…，w-尺)。由于此時接收信號中包含了目標回波和海底混響，該信號子
空間同時包含了目標回波子空間和混響子空間兩部分。由此構(gòu)造的正交投影算子可能 會同時抑制海底混響和目標回波。
3. 利用前向預(yù)測估計出目標距離對應(yīng)的海底混響子空間
利用步驟2我們得到了一個目標距離對應(yīng)的信號(目標回波+海底混響)子空間，
由于沒有其它先驗信息，我們無法從中提取出一個純粹的海底混響子空間。這一節(jié)我 們將利用前向預(yù)測方法來估計出目標距離對應(yīng)的海底混響子空間。
一般情況下，可以認為目標回波前一時刻的SRA接收的回波信號完全由海底混響 構(gòu)成
jc(r — c ,<y)=々—d,cy) + M(w) (9) '利用多次接收的混響數(shù)據(jù) (r-(也稱快拍，下標/表示第/次快拍)可以構(gòu)
造出一個數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣》，對其進行特征值分解可以得到
<formula>formula see original document page 7</formula> (10)
其中，丄為快拍數(shù)，這里取為SRA的陣元數(shù)，丄-AT，矩陣人、6、疔和P的定義與 式子(8)中A、 Q、 t/和F—樣。此時，由于利用了純粹的海底混響信號，我們得到 了一個純粹的混響子空間^ (特征向量為A， hl,….,K')。由于兩個信號在接收時間
上十分接近，兩個混響信號近似平穩(wěn)，可以認為此時的混響子空間和目標距離對應(yīng)的 混響子空間相近，并將目標回波出現(xiàn)前一時刻獲得的混響子空間作為目標回波出現(xiàn)時 刻的混響子空間的一個估計。那么，可以得到混響子空間的一個正交投影算子
<formula>formula see original document page 7</formula>(11)
4. 推導(dǎo)SRA的一組最優(yōu)加權(quán)向量
利用上一步估計的混響子空間來構(gòu)造一個正交投影算子》，利用該正交投影算子 對SRA接收的回波的信號(其中，主要包含了目標回波和海底混響， jc(。w)-咖)+ r(r, ))進行投影處理(Ar(r,w) = A(w) + /V0,6>))，可以在一定程度上 抑制回波信號的混響分量(<< )，增強回波信混比。
可以看出，這種傳統(tǒng)的正交投影處理方法僅利用了前一時刻估計的混響子空間信 息^，而沒有利用當前時刻獲得的信號子空間信息f/。由于該信號子空間中包含了目 標到SRA的傳輸函數(shù)信息，利用該信息可以對這種正交投影處理方法進行改進根據(jù) 兩個時刻獲得的信號子空間，尋找SRA的一組權(quán)系數(shù)w，對SRA接收的回波信號進 行濾波處理(wT;c(。w))，使得輸出信號的混響被抑制(*vT/^, ) = 0)，而目標回波的
輸出能量最大(maX|WTs(tu)|2)，從而進一步增強回波信混比。由此可以構(gòu)造約束方程
max(/(w))-max(H^O)sTO)w) s. t. wTr(>%<y) = 0， wHw = l (12)
由于無法得到純粹的目標回波信息sOy)和海底混響信息/^，w),式子(12)中的
混響抑制處理可以寫為(》/4=0,/ = 1，—,')，目標回波/⑨可以用"。-s:,",代替。
根據(jù)時反算子分解原理，可以知道"。-os'(w) + "/(r,w)，那么將/(w)展開可以得到 = wH"0"0H v = wH(as*O) + (r,w)) (as*( ) + ，*0，《))H iv
"2H>V0% )fT(r，fi))w
由于混響抑制處理(H^r(My)aO)，式(13)展開的后三項基本為零，輸出能量
主要集中在展開式的第一項，表示目標回波的能量最大化。由此可以看出，利用這種 方法也可以使得SRA接收的混響信號被抑制，同時保證目標回波信號能量最大，從而 增強回波信混比，提高目標檢測性能。 那么式子(12)可以寫為<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，<formula>formula see original document page 8</formula>
解式子(14)，可以得SRA的一個最優(yōu)加權(quán)向量
<formula>formula see original document page 8</formula>(15)
5.利用最優(yōu)加權(quán)向量進行混響抑制處理
利用式子(15)所得的一組最優(yōu)加權(quán)向量w對SRA接收的回波信號A^,w)進行加 權(quán)求和處理(ivT;c(r，必))，可以抑制回波信號中的混響分量，同時使回波信號中的目 標回波信號分量最大，從而進一步增強回波信混比，提高目標檢測性能。
由于目標距離未知，我們無法知道目標回波出現(xiàn)時刻，這種方法可以通過滑動窗
依次對各個時段的接收信號進行處理，以某一時段的返回信號作為開始，利用步驟2 對其進行處理獲得一個混響子空間，將該混響子空間作為下一個時刻接收信號的混響 子空間的一個預(yù)測(估計)，從而來抑制下一個時刻接收信號中的混響分量，依次對各 個時刻的返回信號進行同樣的處理可以完成整個接收時間內(nèi)的所有混響信號的抑制， 增強回波信混比。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的基本原理和具體實現(xiàn)得到了典型淺海波導(dǎo)環(huán)境中 模擬實驗的驗證，結(jié)果表明
1. 本發(fā)明將目標回波出現(xiàn)前一時刻獲得的混響子空間作為目標回波出現(xiàn)時刻的 混響子空間的一個估計。雖然這種估計混響子空間和目標回波出現(xiàn)時刻的真實的混響 子空間肯定存在著一定的差異，由此獲得的基于前向預(yù)測方法的混響抑制能力不如以 目標回波出現(xiàn)時刻的混響子空間為基礎(chǔ)的混響抑制處理方法(這種方法在實際中是無 法實現(xiàn)的)，但是和處理前相比，本發(fā)明還是很有效的，在仿真條件下可以獲得近60dB 的信混比增益；
2. 本發(fā)明采用了被動處理方式，直接對各個時刻SRA接收的回波進行混響抑制 處理，而不需要像傳統(tǒng)主動時反信混比增強方法那樣需要對各個可能存在目標的距離 上依次進行主動發(fā)射-接收處理，因而該方法具有更強實用性；
3. 由于利用了前向預(yù)測的混響子空間，本發(fā)明也解決了當前被動時反混響抑制方 法可能會使目標回波和混響同時被抑制的問題，可以有效地抑制混響，同時保持或者 增強目標回波，從而有效地增強回波信混比，提高主動聲納的目標檢測性能；
4. 只要利用子帶分解，并對多個子帶進行類似的處理，本發(fā)明就可以推廣應(yīng)用于 寬帶信號混響信號的抑制處理。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


圖1是本發(fā)明所述目標、海底散射體與SRA之間的傳輸模型示意圖。
圖中，SRA表示時反陣列，是一個由W個陣元組成的垂直陣，l,..，人..,AT表示各
號陣元，S,表示目標，S2表示海底散射體l， S3表示海底散射體2， S4表示海底散射
體3， /^表示目標S,到SRA的y陣元的傳輸函數(shù)，r表示目標S!到SRA的水平距離，
海底散射體S2和目標S,位于同一距離，海底散射體S3和S,分別位于S2的前后兩側(cè)，與
s,的間距都為丄
圖2是本發(fā)明的仿真環(huán)境示意圖。
圖中，Z。表示海洋水層表面，Z,表示沉積層表面，22表示海底層表面。水層的深
度為120m，曲線。表示水層的聲速剖面；沉積層的深度為2.5m，曲線。表示沉積層 層的聲速剖面，^表示均勻海底半空間的聲速。SRA表示時反陣列，是一個陣元數(shù) W=32、陣元間距為3m的垂直陣。^表示波導(dǎo)中存在的一個目標，r表示目標S,與SRA 的水平距離，^表示目標S,的深度。p表示介質(zhì)密度，a表示介質(zhì)的聲吸收系數(shù)。
圖3 (a)是SRA接收的海底混響回波信號的平均衰減曲線；圖3 (b)是SRA接 收的海底混響加目標回波信號的平均衰減曲線。
圖4 (a)是被動時反混響抑制處理后的海底混響信號的平均衰減曲線；圖4 (b) 是被動時反混響抑制處理后的海底混響加目標回波信號的平均衰減曲線。
圖5 (a)是利用傳統(tǒng)的正交投影方法處理得到的信號的平均衰減曲線；圖5 (b) 是利用本發(fā)明給出的方法處理得到的信號的平均衰減曲線。
圖6是不同距離間隔條件下，不同處理方法處理的性能分析曲線圖。
圖7 (a)是目標深度為90m時利用本發(fā)明處理得到的信號的平均衰減曲線；圖7 (b)是目標深度為114m時利用本發(fā)明處理得到的信號的平均衰減曲線。
圖8是波導(dǎo)中存在多個目標時，利用本發(fā)明處理得到的信號的平均衰減曲線。
具體實施例方式
以典型淺海波導(dǎo)環(huán)境為例，給出了本發(fā)明的實施實例。
采用的波導(dǎo)環(huán)境是典型距離無關(guān)的分層淺海波導(dǎo)環(huán)境，如圖2所示。由水層、沉 積層和海底層組成。圖中z。表示海水表面，z,表示沉積層表面，z,表示海底層表面。
水層的深度為120m，聲速剖面如圖中曲線c,所示；沉積層的深度為2.5m,聲速剖面如 圖中曲線q所示，海底為一個均勻半空間，聲速q-1800w"。 SRA是一陣元數(shù)為32、 陣元間距為3m的垂直陣。試驗過程中環(huán)境不變。仿真試驗僅考慮了海底混響，忽略 海面和其它散射的影響混響。聲場計算采用了基于簡正波的KRAKEN模型。信號釆 用500Hz的單頻信號，脈寬為70ms。
針對該典型淺海波導(dǎo)環(huán)境，本發(fā)明實現(xiàn)的主要步驟如下-
1. 海底混響和目標回波建模和加窗處理
本發(fā)明需要對SRA接收的回波信號進行處理，其中接收的回波信號包含海底混響 和目標回波兩部分。海底混響是一直存在的，而目標回波只出現(xiàn)在與其傳播時間相對 應(yīng)的時刻上。利用Ellis提出的淺海射線-簡正波混響模型可以得到某時刻的海底混響 信號，利用基于簡正波的KRAKEN模型可以得到相應(yīng)距離上的海底散射體和目標的 散射聲壓(相當于目標回波信號及其傳播時間)。那么，目標回波未出現(xiàn)前時SRA接 收的回波信號就是海底海底混響，目標回波出現(xiàn)時的回波信號是將仿真得到目標回波 信號和相應(yīng)時刻的海底混響信號相加得到的。通過這種處理可以實現(xiàn)海底混響和目標 回波建模和加窗處理。圖3 (a)給出了波導(dǎo)中沒有目標時SRA接收的平均混響隨距 離(時間)的衰減曲線。圖3 (b)給出了波導(dǎo)中存在目標時SRA接收回波信號的平 均衰減曲線?？梢钥闯觯?.7s時刻出現(xiàn)了目標回波信號，但基本上淹沒在海底混響中， 信混比較低。
2. 獲得目標距離對應(yīng)的信號(目標回波+海底混響)子空間
首先將SRA接收的回波信號進行分段。由于某個時刻的海底混響信號由相應(yīng)距離 上有貢獻的區(qū)域(d=cr/2)上的散射體散射產(chǎn)生，那么，在仿真實驗研究中，可以 對海底距離空間進行分段，間隔取為<formula>formula see original document page 11</formula>。針對目標距離，根據(jù)式子(6)、 (7) 和式子(8)，對相應(yīng)時段的回波信號進行特征值分解，可以得到一個信號子空間r (特 征向量為"'，z、l，.…，尺)。由于此時接收信號中包含了目標回波和海底混響，該信號子 空間同時包含了目標回波子空間和混響子空間兩部分。由此構(gòu)造的正交投影算子可能 會同時抑制海底混響和目標回波，如圖4所示。
3. 利用前向預(yù)測估計出目標距離對應(yīng)的海底混響子空間
利用式子(10)，對目標回波出現(xiàn)前一時刻的回波信號(由純粹的海底混響構(gòu)成)， 進行特征值分解可以獲得一個混響子空間^ (特征向量為u， i = 1,....，K)，并將其作 為目標回波出現(xiàn)時刻的混響子空間的一個預(yù)測(估計)。根據(jù)式子(11)，利用該估計 的混響子空間汐可以構(gòu)造出一個正交投影算子》，利用該投影算子對SRA接收的回波 信號A:Oy)進行投影處理(ArO))，可以抑制回波信號中的海底混響分量，同時基本 保持回波信號中的信號分量，從而增強回波信混比，如圖5 (a)所示。
4. 推導(dǎo)SRA的一組最優(yōu)加權(quán)向量
根據(jù)上面步驟(2)和步驟(3)獲得的兩個不同時刻獲得的信號子空間(/和混響 子空間信息^，利用式子(15)可以導(dǎo)出SRA的一組最優(yōu)權(quán)向量w。利用該最優(yōu)加權(quán) 向量對SRA接收的回波信號迸行加權(quán)求和處理，可以使得輸出信號的混響被抑制，而 目標回波的輸出能量最大，從而改進傳統(tǒng)的正交投影處理方法。
5. 利用最優(yōu)加權(quán)向量進行混響抑制處理
利用式子(15)導(dǎo)出的SRA的一組最優(yōu)加權(quán)向量M;對SRA接收回波信號;c(6;)進 行加權(quán)求和(w、(w))處理。圖5 (b)給出了利用該最優(yōu)加權(quán)系數(shù)進行加權(quán)求和處 理(ivT;c(w))得到的信號的平均衰減曲線。比較圖5 (a)和(b)，直觀上可以看出， 兩種方法產(chǎn)生的目標回波強度基本一致，而加權(quán)濾波處理方法具有更低的海底混響級， 這是由于式子(14)中權(quán)系數(shù)歸一化處理(w -l)引起的，實質(zhì)上，兩種方法的混 響抑制能力是一樣的，而加權(quán)濾波處理方法可以獲得更強的目標回波。
本發(fā)明將目標回波出現(xiàn)前一時刻獲得的混響子空間作為目標回波出現(xiàn)時刻的混響 子空間的一個估計。由前向預(yù)測獲得的混響子空間和目標回波出現(xiàn)時刻的真實的混響 子空間肯定存在著一定的差異，而且這種差異會隨著兩個混響信號接收時間間隔(對 應(yīng)海底距離間隔)的增大而增大。圖6給出了不同距離間隔條件下利用本發(fā)明處理得 到的信混比。 一般情況下，我們?nèi)∠噜彽膬啥涡盘栠M行處理，接收時間很接近(接收 時間間隔等于發(fā)射信號脈寬)，雖然此時基于前向預(yù)測方法的混響抑制能力不如以目 標回波出現(xiàn)時刻的混響子空間為基礎(chǔ)的混響抑制處理方法，但是和處理前(見圖6黑 實線)相比，本發(fā)明還是很有效的，在仿真條件下可以獲得近60dB的信混比增益.
圖7 (a)、 (b)分別給出了目標深度為90m和U4m時，利用本發(fā)明處理得到的 信號的平均衰減曲線。可以看出，目標靠近海底時，由于SRA接收的目標回波和相應(yīng) 距離上海底散射體散射產(chǎn)生的海底混響之間的相關(guān)性增強，本發(fā)明會在一定程度上抑 制目標回波，但仍然是有效的?？紤]波導(dǎo)中多個距離上存在目標的情況。仿真環(huán)境不 變，三個目標的距離分別為2.8km、 3.5km和4.0km，深度分別為60m、 30m和90m.
圖8給出了這種基于前向預(yù)測的被動時反混響抑制方法處理產(chǎn)生的信號的平均衰 減曲線。可以看出，利用本發(fā)明可以有效地抑制海底混響，.增強各個目標的回波信混 比、提高目標檢測能力。
權(quán)利要求
1、一種基于前向預(yù)測的被動時間反轉(zhuǎn)混響抑制方法，其特征在于包括下述步驟(a)海底混響和目標回波的建模和加窗處理，時間反轉(zhuǎn)陣列SRA接收的回波信號可以寫成如下頻域形式其中，ω為信號的角頻率，x(r，ω)表示SRA接收的距離r對應(yīng)的回波信號，s(ω)表示目標回波信號，r(r，ω)表示SRA接收的距離r對應(yīng)的混響信號，n(ω)為環(huán)境噪聲；利用淺海射線-簡正波混響模型得到某距離對應(yīng)的海底混響信號，利用基于簡正波的KRAKEN模型得到目標的散射聲壓和傳播時間；(b)獲得目標距離對應(yīng)的信號子空間，當檢測距離r上存在目標時，該距離對應(yīng)的SRA接收的回波信號x(r，ω)＝s(ω)+r(r，ω)+n(ω)，其中，e是SRA的激勵權(quán)向量，c1和c2分別為目標S1和散射體S2的散射因子，h1是從目標S1到SRA的傳輸函數(shù)向量，h2是海底散射體一S2到SRA的傳輸函數(shù)向量；取多個不同激勵ei，可以得到多個不同的接收信號xi(r，ω)?？梢詫懗删仃囆问絏＝HTCHE，其中，上標T表示轉(zhuǎn)置，X＝[x1(r，ω)，x2(r，ω)，…，xM(r，ω)]，，H＝[h1，h2]T，C＝diag(c1，c2)，E＝[e1，e2，…，eM]為激勵矩陣，每一列向量ei代表SRA的一種激勵；當激勵矩陣為N階正交陣時，利用接收信號矩陣X可以構(gòu)建一個協(xié)方差矩陣R＝XXH，則時間反轉(zhuǎn)算子TRO由特征值分解可以得到TRO＝UAUH+VΩVH，其中，右式兩部分分別對應(yīng)了信號子空間和噪聲子空間，Λ是一個K×K的對角陣，包含了K個大于噪聲方差的特征值，Ω是一個(N-K)×(N-K)的對角陣，包含了N-K個等于噪聲方差的特征值，U是一個N×K的矩陣，包含了信號子空間的K個特征向量(ui，i＝1，，K)，V是一個N×(N-K)的矩陣，包含了噪聲子空間的N-K個特征向量(vi，i＝1，，N-K)；(c)利用前向預(yù)測估計出目標距離對應(yīng)的海底混響子空間，認為目標回波前一時刻的SRA接收的回波信號完全由海底混響構(gòu)成x(r-d，ω)＝r(r-d，ω)+n(ω)；利用多次接收的混響數(shù)據(jù)xj(r-d，ω)構(gòu)造出一個數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣對其進行特征值分解可以得到其中，L為快拍數(shù)，這里取為SRA的陣元數(shù)，由此得到了一個純粹的混響子空間和混響子空間的一個正交投影算子(d)推導(dǎo)SRA的一組最優(yōu)加權(quán)向量u0＝αs＊(ω)+βr＊(r，ω)；(e)利用最優(yōu)加權(quán)向量w對SRA接收的回波信號x(r，ω)進行加權(quán)求和處理，可以抑制回波信號中的混響分量，同時使回波信號中的目標回波信號分量最大，從而進一步增強回波信混比。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于前向預(yù)測的被動時間反轉(zhuǎn)混響抑制方法，首先對海底混響和目標回波的建模和加窗處理，然后獲得目標距離對應(yīng)的信號子空間，利用前向預(yù)測估計出目標距離對應(yīng)的海底混響子空間，推導(dǎo)SRA的一組最優(yōu)加權(quán)向量w，利用最優(yōu)加權(quán)向量w對SRA接收的回波信號x(r，ω)進行加權(quán)求和處理，可以抑制回波信號中的混響分量，同時使回波信號中的目標回波信號分量最大，從而進一步增強回波信混比。本發(fā)明可以有效地抑制混響，同時保持或者增強目標回波，從而有效地增強回波信混比，提高主動聲納的目標檢測性能，具有更強的實用性。
文檔編號G01S7/537GK101387701SQ20081023187
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者超 孫, 楊益新, 郭國強 申請人:西北工業(yè)大學