海洋混响的时空非均匀性及抑制方法研究

基于大量水池实验、湖试、海试数据的分析，考察以混响为主的主动声纳干扰的各种时空非均匀性，主要是非白、非高斯、非平稳和空间非均匀性，分析它们的形成机理和耦合关系，建立集主要非均匀性特征于一体的混响模型和度量方法，提出可全面抑制干扰主要非均匀性的时空一体均匀化处理体系。经此处理后，混响干扰统计特性应趋于平稳白高斯。在此基础上，分两个方向进展。一是在传统匹配滤波或相关检测框架下，建立基于均匀化技术的混响背景下微弱信号渐近最佳检测器，解决因干扰非白非高斯非平稳导致的传统匹配滤波或相关处理性能低下问题；二是借鉴空时自适应处理（STAP）思路，引入分数阶傅立叶变换技术，建立空域-分数阶域联合处理抗混响方法，解决因严重非均匀和宽带体制导致的STAP难以应用于抗混响的问题。项目所提出基于时空一体均匀化技术的混响抑制和信号检测方法，具备工程实用的框架体系，比常规处理方法有3dB以上的输出信噪比改善。

抗混响是现代主动声纳技术发展的瓶颈技术之一，多数实验室内高性能模基信号处理算法应用于实际抗混响一般收效甚微，往往就是混响数据的时空非均匀性所致。本题基于大量水池实验、湖试、海试数据的分析，考察以混响为主的主动声纳干扰的各种时空非均匀性，主要是非白、非高斯、非平稳和空间非均匀性，分析它们的形成机理和耦合关系，建立集主要非均匀性特征于一体的混响模型和度量方法，提出可全面抑制干扰主要非均匀性的时空一体均匀化处理体系。经此处理后，混响干扰统计特性趋于平稳白高斯。在此基础上，分两个方向进展。一是在传统匹配滤波或相关检测框架下，建立基于均匀化技术的混响背景下微弱信号渐近最佳检测器，解决因干扰非白非高斯非平稳导致的传统匹配滤波或相关处理性能低下问题；二是借鉴空时自适应处理（STAP）思路，引入分数阶傅立叶变换技术，建立空域-分数阶域联合处理抗混响方法，解决因严重非均匀和宽带体制导致的STAP 难以应用于抗混响的问题。项目所提出基于时空一体均匀化技术的混响抑制和信号检测方法，具备工程实用的框架体系，比常规处理方法有3dB以上的输出信噪比改善。.本题立项旨在对混响的非均匀性进行系统而深入地研究，揭示各种非均匀性的产生机理和相互关系，分析它们对各种信号检测/估计方法的影响，寻求其度量和抑制方法。经过3年研究，攻克了全部关键技术，完成了预定研究内容，达到了预期研究目标，获得了预期研究成果。本题的主要创新之处为：⑴ 针对主动声纳干扰表现出来的非平稳、非白、非高斯、空间非均匀等各种非均匀性特征及相互之间的耦合关系，提出了包络均匀化、功率谱密度-概率密度整合均匀化、空间均匀化等多种均匀化方法，并在基础上建立起空时一体均匀化方案。⑵ 建立了统一的宽带体制下和窄带体制下混响与目标回波的可分辨特征空间，即空-速度二维平面，基于此构建了空域-分数阶Fourier域联合自适应处理框架，提出了空域-分数阶Fourier域联合自适应处理的宽带混响抑制方法。