[发明专利]一种用于弱目标检测的宽波束干扰抑制方法

说明书

本发明提出一种用于弱目标检测的宽波束干扰抑制方法，包括：步骤1)空间线阵接收远距离目标的宽带信号，对线阵各阵元接收的信号在时域作快速傅里叶变换，生成线阵各阵元信号的时域频谱；将空间线阵划分为若干个重叠子阵；对重叠子阵的信号时域频谱作相位补偿，形成波束域输出，得到子阵方位谱图；步骤2)利用子阵方位谱图，确定干扰方位，对波束域输出进行干扰抑制加权，利用期望的零陷宽度对干扰抑制加权进行修正得到零陷加权，控制波束域输出的干扰抑制宽度，得到干扰抑制后的方位谱图，实现强干扰背景下强干扰的抑制和弱目标的检测。本发明有效抑制较宽波束的强干扰信号，提高弱目标的检测性能，提升输出信干比；海试数据证明有效。

技术领域

本发明属于声纳数字信号处理领域，特别涉及一种用于弱目标检测的宽波束干扰抑制方法。

背景技术

微弱信号的检测是阵列信号处理的关键技术之一。强干扰背景下的弱目标在空间谱上的谱峰会被干扰谱的旁瓣所掩盖，对微弱信号的检测和波达方向估计造成了很大的影响。因此，应首先对干扰进行有效抑制。

国内外学者对干扰抑制问题进行了广泛而深入的研究，提出了很多有效的解决方法，例如文献1[Robust generalized sidelobe canceller with an eigenanalysis-based blocking matrix.International conference on electrical engineering andautomation control,2017]和文献2[一种最差情况下性能最优化的特征分析自适应波束形成方法.声学学报,2015]提出基于波束形成的干扰抑制算法，文献3[Efficient mixed-spectrum estimation with applications to target feature extraction.IEEETransactions on Signal Processing,1996]提出的基于信号分离技术的干扰抑制算法以及一些针对特殊干扰的抑制方法。其中，以波束形成为基础的干扰抑制方法有零陷技术(文献4[一种降维空域滤波矩阵的设计方法.电子学报,2017])、阵列极化技术等。零陷技术是使波束主瓣方向对准目标信号，而在干扰方向形成零陷，从而达到保留信号、抑制干扰的目的。基于信号分离技术的干扰抑制算法是通过将信号与干扰分离，从阵列接收数据中消去干扰，从而达到抑制的目的。特殊情况的干扰抑制算法主要针对相干干扰、同频干扰等方面进行干扰抑制。文献5[Interference Suppression of Subarray Adaptive Beamformingin Presence of Sensor Dispersions.IEEE Transactions on Signal Processing,2010]提出了一种适用于三元组线阵的子阵强干扰抑制算法，该算法通过对子阵窄带信号协方差矩阵进行特征分解，去除表征强干扰信号的最大特征值以进行干扰抑制，取得了一定的效果；文献6[一种均匀圆阵子阵干扰抑制DOA估计算法.信号处理,2010]利用最小二乘波束形成算法对均匀圆阵的子阵波束形成干扰零陷，然后利用子阵输出做超分辨谱估计，取得了良好效果；文献7[具有良好宽容性的逆波束形成干扰抑制算法研究.电子与信息学报,2015]构造了干扰重建矩阵，利用子阵在干扰方位的输出代替了阵元域干扰方位输出，获得了一定的抑制效果；这类算法都是在阵元域进行干扰抑制。此外，文献8[多元阵列的信号相位匹配法.西北工业大学学报,2002]基于相干干扰相位匹配原理，提出了利用三子阵减小随机噪声、提高抵消干扰性能的方法，并指出算法对二元阵的信号解具有不确定性。文献9[相干干扰下的一种稳健波束形成算法.哈尔滨工程大学学报,2013]利用前后向空间平滑技术，利用MVDR算法对干扰进行抑制，但其运算量大，不利于实时处理。反波束形成(Inverse Beamforming,IBF)干扰抑制算法(Towed ship-Noise suppression usingInverse Beamforming.Technical Acoustics,2007)是近年来由国内学者提出的干扰抑制算法，该算法充分利用干扰的方位知识重建干扰信号，然后利用重建干扰信号进行干扰抑制。该算法结构简单，易于工程实现，但在复杂海洋环境中，由于信道随机扰动、阵形畸变等因素，阵列接收信号相位具有一定的随机扰动，算法干扰抑制效果会下降，影响目标信号进一步的检测；另外，为抑制宽波束干扰算法需要在干扰方位附近多次寻峰抑制，算法复杂度高。