[发明专利]一种基于小波包变换的水底混响抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于主动声纳数字信号处理领域，特别涉及一种基于小波包变换的水底混响抑制方法。

背景技术

混响是影响主动声纳检测性能的重要因素之一，它是发射信号通过水中颗粒、水体以及水面的散射叠加而成。其中，来自于水面和水底的界面混响最为严重。混响的产生机制使得它们在时频域上的特性与目标回波非常相似，难以通过常规的能量检测方法进行区分。由于在常规的主动声纳系统中，主要采用匹配滤波进行检测，因此，混响的存在会带来大量的虚警，使得目标难以被发现。

虽然，可以通过合理设计发射波束的指向性以避免其与水面或者水底接触，或是利用自适应波束形成提高接收波束的主瓣分辨率，或是增大基阵孔径以提高角度-距离分辨率从，或是设计具有针对特性的主动发射信号以抑制混响，但是这些前端处理方法的局限性太大，不具备足够的普适性。对于像前视声纳、扫雷声纳这种有针对性地向水面、水底发射信号的主动声纳而言，常规的前端处理方法是不够的。基于这些原因，一些后端处理算法成为近些年来的研究热点。

常用的混响抑制算法主要包含如下几种：空间处理方法，利用自适应波束形成的方法提高接收波束主瓣分辨率，以达到混响抑制的目的，如文献1“J.N.Maksym,M.S.Wunsch.Adaptive beamforming against reverberation for a three-sensor array.J.Acoust.Soc.Am vol 102,pp:3433-3438,1997”；图形学方法，通过提高主动声纳图像中的混响背景与目标回波的对比度来抑制混响，如文献2“G.Ginolhac,J.Chanussot,and C.Hory.Morphological and statistical approaches to improve detection in the presence of reverberation.IEEE.J.Oceanic engineering,vol.30,pp:881-899,2005”；PCI方法，利用子空间的方法将回波信号分解为混响子空间与回波加白噪声子空间，通过设置一些门限准则去除混响相关的分量，从而抑制混响，如文献3“Guillaume Ginolhac,Genevieve Jourdain.Principal Component Inverse Algorithm for Detection in the Presence of Reverberation.IEEE jouranl of Oceanic Engineering,vol27,No.2,pp:310-321,April 2002”；预白化方法，将原本非平稳、有色的混响噪声进行白化处理，利用修正协方差方法估计白化滤波器的参数，从而抑制混响，如文献4B.W.Choi,E.H.Bae,J.S.Kim and K.K.Lee.Improved prewhitening method for linearfrequency modulation reverberation using dechirping transformation.J.Acoust.Soc.Am,vol 123,pp:EL21-EL25,2008”。

文献5“S.Kay，J.Salisbury.Improved active sonar detection using autoregressive prewhiteners.J.Acouts.Soc.Amer.,vol.87,pp.1603-1611,Arr.1990.”针对混响的非平稳、有色特征提出了次优的分帧自适应预白化检测器，作者用修正协方差方法估计白化滤波器的参数，用广义似然比检测器（GLRT）检测，提高了主动声纳在混响中的检测能力。

文献6“V. Carmillet,G.Jourdain.Detection of phase-or frequency-modulated signals in reverberatioin noise.J.Acoust.Soc.Amer.,vol.105,no.6,pp.3375-3389,Jun.1999.”将混响的预白化方法推广到调频调相信号，验证了该算法对于这些主动声纳发射信号的适用性。