[發明專利]基于稀疏恢復的水下空時自適應處理方法及系統

有效

• 申請號: 202010590940.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111650574B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 郝程鵬;張宇軒;施博;閆林杰;劉明剛;侯朝煥
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

1.一種基于稀疏恢復的水下空時自適應處理方法，包括：

利用聲基陣陣元數據構建空時自適應處理的空域維度，利用時域采樣數據構建空時自適應處理的時域維度，根據所述空域維度和時域維度構建水下空時自適應處理的數據結構，所述數據結構包括：待檢測數據和輔助數據；其中，輔助數據是指從待檢測數據臨近距離單元獲得的數據；

獲取任意一個信號的空時快拍，并估計所述空時快拍的空時協方差矩陣；所述估計所述空時快拍的協方差矩陣包括：將對空時協方差矩陣的估計過程轉換為對空時譜的估計，并在對空時譜的估計過程中附加稀疏約束；

通過迭代算法對目標函數進行優化，獲得對空時譜的估計；所述目標函數為：

其中，R為信號空時快拍的空時協方差矩陣；為輔助數據所包含的空時快拍的協方差的極大似然估計；P_k,i是空時譜上第(k,i)個空時網格的功率；

根據所述空時譜的估計，計算混響與干擾的協方差矩陣；

根據所述混響與干擾的協方差矩陣構建基于稀疏恢復的空時自適應濾波器；

通過所述空時自適應濾波器對待檢測數據進行濾波，并對濾波結果進行檢測得到檢測信號。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，利用時域采樣數據構建空時自適應處理的時域維度包括：

根據目標多普勒頻移范圍，確定時域維度K；

根據選取的K值進行相干累加處理，得到降維時域序列。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述構建任意一個信號的空時快拍，并估計所述空時快拍的空時協方差矩陣包括：

構建信號的空時快拍X：

其中，N_d為多普勒域的網格數，N_s為空域的網格數；f_d,k表示第k個多普勒網格的歸一化頻率，f_s,i表示第i個空域的歸一化頻率；α_k,i和分別為第(k,i)個空時域網格的信號幅度和空時導向向量；

獲取信號空時快拍的空時協方差矩陣：

其中，P_k,i是空時譜上第(k,i)個空時網格的功率，P_k,i＝E[|α_k,i|²],k＝1,…,N_d,i＝1,…,Ns。

4.一種基于稀疏恢復的水下空時自適應處理系統，包括：

第一構建單元，利用聲基陣陣元數據構建空時自適應處理的空域維度，利用時域采樣數據構建空時自適應處理的時域維度，根據所述空域維度和時域維度構建水下空時自適應處理的數據結構，所述數據結構包括：待檢測數據和輔助數據；其中，輔助數據是指從待檢測單元臨近距離單元獲得的數據；

處理單元，用于獲取任意一個信號的空時快拍，并估計所述空時快拍的空時協方差矩陣；所述估計所述空時快拍信號的協方差矩陣包括：將對空時協方差矩陣的估計過程轉換為對空時譜的估計，并在對空時譜的估計過程中附加稀疏約束；通過迭代算法對目標函數進行優化，并獲得對空時譜的估計；所述目標函數為：

其中，R為信號空時快拍的空時協方差矩陣；為輔助數據所包含的空時快拍的協方差的極大似然估計；P_k,i是空時譜上第(k,i)個空時網格的功率；

根據所述空時譜的估計，計算混響與干擾的協方差矩陣；

第二構建單元，用于根據所述混響與干擾的協方差矩陣構建基于稀疏恢復的空時自適應濾波器；

信號估計單元，用于通過所述空時值適應濾波器對待檢測數據進行濾波，并對濾波結果進行檢測得到檢測信號。

5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，利用時域采樣數據構建空時自適應處理的時域維度包括：

根據目標多普勒頻移范圍，確定時域維度K；

根據選取的K值進行相干累加處理，得到降維時域序列。

6.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述構建任意一個信號的空時快拍，并估計所述空時快拍的空時協方差矩陣包括：

構建信號的空時快拍X：

其中，N_d為多普勒域的網格數，N_s為空域的網格數；f_d,k表示第k個多普勒網格的歸一化頻率，f_s,i表示第i個空域的歸一化頻率；α_k,i和分別為第(k,i)個空時域網格的信號幅度和空時導向向量；

獲取信號空時快拍的空時協方差矩陣：

其中，P_k,i是空時譜上第(k,i)個空時網格的功率，P_k,i＝E[|α_k,i|²],k＝1,…,N_d,i＝1,…,Ns。