基于干扰抑制的水下弱目标被动DOA估计技术研究

作     者：朱荣荣 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：惠娟

授予年度：2022年

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：干扰抑制 自适应干扰抵消 空域矩阵滤波 自适应空域矩阵滤波 方位估计 

摘      要：由于水下强干扰背景的影响,有关弱目标方位估计的研究始终是水声信号处理当中的一个重要难题。本文主要以自适应干扰抵消、空域矩阵滤波及自适应空域矩阵滤波为基础,研究线列阵的干扰抑制技术,以提高被动声呐对弱目标的方位估计性能。本文首先研究了基于自适应抵消的干扰抑制技术。研究了后置波束形成干扰抵消、自适应阵元域干扰抵消、频域自适应干扰抵消技术。仿真表明,窄带干扰下,后置波束形成干扰抵消、自适应阵元域干扰抵消都具有很好地抑制干扰、目标方位估计的性能;宽带干扰下,后置波束形成干扰抵消不能产生有效的抑制,而频域自适应干扰抵消可以抑制干扰,有较高的方位估计精度;宽带多途条件下,频域自适应干扰抵消可以实现对宽带信号的抗多途处理,方位估计性能良好。其次,基于自适应滤波方法较难获得理想参考输入的情况,本文研究了空域矩阵滤波的干扰抑制技术。研究了三种空域矩阵滤波器的设计准则及其求解方法,仿真表明,阵元数、通带宽度、通带位置及阻带衰减都会影响矩阵滤波器的滤波效果,应综合考虑滤波器的通带响应误差与阻带衰减选取合适的滤波器参数。另外,经空域矩阵预滤波处理后可以实现对干扰的有效抑制,目标方位估计性能良好。最后,针对强干扰背景下低阻带衰减的常规空域矩阵滤波器对目标方位估计性能的下降,本文研究了自适应空域矩阵滤波的干扰抑制技术。研究了自适应空域矩阵滤波器、零陷展宽自适应空域矩阵滤波器、降维自适应空域矩阵滤波器以及相干信号自适应空域矩阵滤波器。仿真结果表明,自适应空域矩阵滤波器相比于低阻带衰减的常规空域矩阵滤波器,有更好的强干扰抑制性能,改善了目标方位估计性能;在干扰方位发生突变时,经展宽零陷处理的自适应空域矩阵滤波器对两目标的方位估计性能更好;基于离散椭球序列的降维预滤波器的方位估计性能略低于非降维处理的结果,但很大程度地减少了计算量;结合空间平滑处理的自适应空域矩阵滤波器可以实现对相干干扰的抑制,方位估计性能良好。试验数据处理进一步验证了自适应空域矩阵滤波干扰抑制算法的有效性。