复杂水声环境下强直达干扰抑制技术研究

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多基地组网声纳系统兼顾主被动声纳高探测性能和良好隐蔽性的优势,逐渐获得更多的关注和研究。多基地组网声纳系统的接收端在接收目标回波的同时不可避免会接收到己方舰艇所发射的直达信号,如何抑制强直达干扰是提高多基地组网探测性能亟待解决的问题。本文将针对接收端水听器配置为单阵元、水平阵列、垂直阵列几种不同应用情景分别给出相应的强直达干扰抑制方案。  当接收基地为单阵元,采用自适应干扰对消技术能够有效抑制强直达干扰,以实现弱目标探测的目的。文中介绍干扰对消和自适应技术原理。分析传统LMS、NLMS以及基于Sigmond函数变形的变步长VSSNLMS算法的稳态误差、收敛速度等自适应指标。采用VSSNLMS自适应干扰对消技术与相干检波技术相结合,实现强直达干扰信号较目标回波强20dB时的弱目标探测。  当接收基地为水平阵列,采用在干扰来向设置零陷的波束形成技术抑制强直达干扰。分别采用基于最小二乘零阶、高阶零点约束和基于二阶锥规划零点约束准则设计加权向量,在干扰信号来向设置足够宽的零陷对强直达干扰进行抑制。三种算法各具优劣,实际应用中常使用零阶零点约束在目标方位及目标方位附近设计多个零点的方法对强直达干扰进行抑制。分析信干比、信噪比、目标与干扰相对角度差、阵元随机扰动对弱目标探测的影响。在信噪比高于0dB,目标与干扰间间隔大于主瓣宽度,采用零陷波束形成,能够探测小于强直达干扰40dB的弱目标回波信号。  当接收基地为垂直阵列,采用时反声屏蔽技术抑制强直达干扰。使用基于射线声学理论模型设计的Bellhop仿真工具箱获得信道冲激响应。验证多元垂直阵列被动时反定位技术利用信道空间结构差异实现水下目标探测的有效性。给出被动时反屏蔽技术理论推导,采用被动时反屏蔽技术能够抑制强度超过目标回波30dB的强直达干扰信号,实现弱目标定位。
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