主动声纳自适应空时匹配场处理方法研究

Space-time adaptive processing and matched-field processing are two research focuses in the signal processing field. With the adaptive space-time matched-field processing methods of single and multi-pings, a scheme of reverberation suppression aimed to complex ocean channels is proposed. The main works in this scheme are as follows. With the modeling method for the scattering characteristics of motional targets, the single ping and multi-pings models of space-time replica field will be present, which will be propitious to break through the bottlenecks exited in the traditional methods of reveration suppression without considering the complex ocean channels. In order to be improve the detection ability of single ping, more tolerant and robust methodes based on single ping ASTMFP will be derived from the perspectives of inceasing the number of useful samples in single ping, deceasing the number of training samples needed by ASTMFP and environment disturbance. Without knowledge of the target scattering function, Multi-ping ASTMFP methods will also be acquired with the model of phases between consecutive pings. It will be helpful to solve the main problem existed in single ping ASTMFP methods: strong reverberation suppression are so difficult that week targets with low speed may be filtered out mistakenly. The application fields of STAP and MFP will be improved and widen owing to the research of this scheme.

空时自适应处理(STAP)和匹配场处理(MFP)均是信号处理的热点研究内容。针对复杂信道条件，拟提出基于单/多脉冲自适应空时匹配场处理（ASTMFP）的混响抑制方法。本项目的研究内容有：拟利用复杂信道中的运动目标散射特性建模技术，建立单/多脉冲回波空时拷贝场模型，突破传统的混响抑制方法因淡化信道影响而遭遇的瓶颈。拟探明复杂信道条件下的混响空时耦合特性，推导其理想协方差矩阵，明确ASTMFP算法性能指标与系统参数之间的数学关系。从增加单次脉冲的可利用数据、减少ASTMFP所需的训练样本和融入环境扰动等角度，推导宽容、稳健的单脉冲ASTMFP方法，以提高单次脉冲的检测能力。在目标散射特性未知的前提下，利用相邻脉冲间的相移变化模型，提出多脉冲ASTMFP方法，解决单脉冲ASTMFP"难以有效抑制强混响干扰，可能会使微弱的慢速目标被误滤除"等问题。本项研究将完善和拓宽STAP和MFP的应用。

空时自适应处理(STAP)和匹配场处理(MFP)均是信号处理的热点研究内容。针对复杂信道条件，提出了基于单/多脉冲自适应空时匹配场处理（ASTMFP）的混响抑制方法。本项目的研究内容有：利用复杂信道中的运动目标回波建模方法，推导了运动目标回波的多普勒因子的变化规律，建立单脉冲回波空时拷贝场模型，解决了因多普勒频移和波达方向之间的互耦引起的信号失配问题，尽可能地利用了海洋信道和运动目标散射模型的综合优势。.项目在混响概率模型基础上，推导了运动平台的混响时空耦合关系，进一步给出了复杂水声混响环境及具体阵列指向特性下的混响时空耦合规律的统计模型。理论解析结果和计算机仿真清晰地展示了理想阵列流形的混响时空分布规律，验证了理论推导结果的正确性。同时利用该模型，获得了实际基阵的混响空时耦合关系及空时分布规律，并得到了海试试验验证。因此它可为空时处理混响抑制与系统设计提供一定的理论支撑。.推导了复杂信道条件下的主动声纳空时二维OPT，构建基于单脉冲ASTMFP的混响抑制及参数估计系统体系，并引入输出信干噪比损失、混响抑制的改善因子、检测概率等性能指标，系统地评估了小样本和非均匀条件下，空时处理器的混响抑制及其检测性能。.提出了一种基于子空间投影的GSC方法，当空时拷贝场矢量失配时，它具有更高的输出信干噪比、表现了更佳的抗系统及环境参数扰动的稳健性和鲁棒性，提高了单次脉冲的混响抑制和检测能力。通过选择合适的变换矩阵，还可省略权矢量求解中的求逆运算，减少运动量。.在距离和速度未知的条件下，通过改进与深度有关的相对时延和多径的垂直角度模型，建立了多脉冲空时拷贝场模型，并推导了非相干多脉冲空时匹配场的最大似然估计器。该方法增加空时处理的训练样本数量，提高了混响抑制及低速目标检测性能。本项研究完善和拓展了 STAP 和 MFP 的研究和应用。