基于混響場空間特性的抗混響方法研究.pdf

1、海底界面混響是限制淺海環(huán)境下主動聲納系統(tǒng)探測性能的一個重要因素。與噪聲干擾不同，混響伴隨著主動聲納發(fā)射信號而產(chǎn)生，具有非平穩(wěn)的統(tǒng)計特性，并且多數(shù)情況下與目標回波混為一體，難以區(qū)分。因而如何找到有效的方法來抑制混響，提升接收信號的信混比成為許多學者的關(guān)注的課題。本文從海底混響的數(shù)值模擬方法入手，研究海底混響場的空間特性，利用混響信號的空間相關(guān)特性，提出了提高信混比的信號處理方法，實現(xiàn)混響背景下檢測目標回波信號的目的。
　　海底混響的

2、數(shù)值模擬是理論分析混響特性的基礎(chǔ)?；祉懶盘柕膯卧⑸淠Ｐ涂捎糜谀M研究混響信號的空間特性。經(jīng)典的單元散射模型一般取海底散射系數(shù)的空間相關(guān)半徑為尺度，均勻劃分散射單元，散射單元的復散射系數(shù)的相位在0-2π均勻分布，散射單元的復散射系數(shù)的幅值服從高斯分布。本文對經(jīng)典的單元散射模型做了如下改進：考慮海底性質(zhì)的隨機非均勻性，采用隨機非均勻劃分散射單元；考慮海底隨機起伏高度相對聲波波長的有限，取散射單元的復散射系數(shù)的相位在有限范圍內(nèi)均勻分布；考慮

3、海底散射系數(shù)幅值的空間連續(xù)性和隨機性，借用海浪高度譜的概念，生成隨機的空間連續(xù)分布的散射單元復散射系數(shù)幅值。
　　通過對不同空間位置的海底混響信號進行相關(guān)分析可以得到混響信號的空間相關(guān)系數(shù)和空間相關(guān)半徑。不同環(huán)境參數(shù)下模擬的海底混響信號相關(guān)分析表明：海底起伏較大時，海底混響的空間相關(guān)系數(shù)較小，因此對應的空間相關(guān)半徑也較小。隨著海底起伏的減小，混響的空間相關(guān)系數(shù)逐漸增大，空間相關(guān)半徑也逐漸增大。在實驗水池中進行了細砂、粗砂和石頭三種

4、界面的混響實驗，結(jié)果也證明了這一結(jié)論。
　　‘瞬時頻率’是信號在某一時刻的相位函數(shù)對時間變量的導數(shù)，描述了該時刻信號的時間變化特性。類比這一概念，定義：波場在某一位置的相位函數(shù)對空間變量的導數(shù)，為波場的‘本地波矢量’，用以描述該位置聲場的空間傳播特性。通過對聲場的本地波矢量分析可以得到：行波場的本地波矢量指向行波的傳播方向，其模值為一常數(shù)，而混響場的本地波矢量則沒有固定的傳播方向，模值并不恒定。利用本地波矢量的這一特性可以實現(xiàn)對聲

5、場中有無行波場的判決。如果對本地波矢量時間序列進行統(tǒng)計分析，得到本地波矢量方差序列，可以在時域?qū)δ繕嘶夭ǖ挠袩o進行判決，構(gòu)成本地波矢量方差檢測器。仿真分析表明：本地波矢量方差檢測器的檢測性能優(yōu)于傳統(tǒng)的最大似然檢測器——正交接收機。對水池實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明：通過計算本地波矢量可以有效判斷聲場中有無行波場的存在；使用本地波矢量方差檢測器，可以在強混響條件下，實現(xiàn)對目標回波信號的檢測。
　　對目標回波信號和界面混響信號的理論分析和數(shù)值

6、模擬以及水池實驗表明：目標回波信號的空間相關(guān)半徑大于混響信號的空間相關(guān)半徑，尤其在目標回波波向量的垂直方向上。‘微擾重復脈沖迭加法’利用目標回波信號和混響信號這個空間特性的差別實現(xiàn)提高目標回波信混比：發(fā)射器向目標多次重復發(fā)射探測脈沖，同時將接收水聽器空間位置微擾動；擾動幅度小于目標回波信號的相關(guān)半徑，大于混響信號的相關(guān)半徑，使得每次位置擾動后接收的回波信號之間的相關(guān)系數(shù)為較大正數(shù)，而混響信號相關(guān)系數(shù)較小且符號不定；將多次擾動的接收信號進