[發(fā)明專利]基于稀疏恢復(fù)的水下空時(shí)自適應(yīng)處理方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010590940.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN111650574B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝程鵬;張宇軒;施博;閆林杰;劉明剛;侯朝煥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01S7/539
• 分類號(hào): G01S7/539
• 代理公司: 北京億騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發(fā)明提供一種基于稀疏恢復(fù)的水下空時(shí)自適應(yīng)處理方法及系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)建水下空時(shí)自適應(yīng)處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；構(gòu)建任意一個(gè)信號(hào)的空時(shí)快拍，并估計(jì)所述空時(shí)快拍的空時(shí)協(xié)方差矩陣；根據(jù)不同距離門的輔助數(shù)據(jù)以及空時(shí)快拍的協(xié)方差矩陣，估計(jì)混響與干擾的空時(shí)譜，根據(jù)所述空時(shí)譜，計(jì)算混響與干擾的協(xié)方差矩陣；通過所述協(xié)方差矩陣構(gòu)建基于稀疏恢復(fù)的空時(shí)自適應(yīng)濾波器；根據(jù)所述空時(shí)自適應(yīng)濾波器對(duì)待檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波結(jié)果進(jìn)行檢測得到檢測信號(hào)。對(duì)空時(shí)協(xié)方差進(jìn)行建模，將協(xié)方差估計(jì)轉(zhuǎn)化為參數(shù)估計(jì)，在該參數(shù)估計(jì)過程下，通過公式變換，對(duì)協(xié)方差附加稀疏約束，避免了引入附加參數(shù)，大幅度減少了所需訓(xùn)練樣本的數(shù)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于稀疏恢復(fù)的水下空時(shí)自適應(yīng)處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

混響是海底、海面的不平整性和海水中隨機(jī)分布的不均勻性散射造成的，是魚雷等運(yùn)動(dòng)聲納干擾的主要原因之一。不同于海洋噪聲，混響是由發(fā)射信號(hào)引起的，其頻譜結(jié)構(gòu)與發(fā)射信號(hào)具有一定的相似性，而且運(yùn)動(dòng)聲納波束觸及界面，混響將從不同的錐角入射造成多普勒的擴(kuò)展，無法運(yùn)用平臺(tái)自身運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)予以完全消除。對(duì)于這種特性的混響，應(yīng)聯(lián)合考慮空域與頻域上的抑制方法，并能根據(jù)環(huán)境做出調(diào)整，這就是空時(shí)自適應(yīng)處理方法。1973年Brennan首次提出了空時(shí)自適應(yīng)處理(STAP)概念，并證明STAP能夠很好地結(jié)合空域和時(shí)域處理的優(yōu)勢，獲得較為理想的雜波抑制性能。

然而，脈沖多普勒雷達(dá)采用多脈沖工作方式，可以很自然地將接收數(shù)據(jù)以距離門為單位進(jìn)行排布，得到STAP處理所需要的三維數(shù)據(jù)塊。運(yùn)動(dòng)聲納在工作環(huán)境和工作方式上與雷達(dá)不同，決定了在進(jìn)行STAP處理時(shí)，運(yùn)動(dòng)聲納的數(shù)據(jù)組織方式有別于雷達(dá)系統(tǒng)。

通常情況下，選取臨近待測單元的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。在理想的均勻混響環(huán)境中，利用足夠多的訓(xùn)練數(shù)據(jù)能夠估計(jì)出合理的噪聲協(xié)方差矩陣，實(shí)現(xiàn)STAP濾波器的設(shè)計(jì)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，高分辨率聲納系統(tǒng)通常工作在非均勻環(huán)境，可以使用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)往往不足。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種基于稀疏恢復(fù)的水下空時(shí)自適應(yīng)處理方法及系統(tǒng)。

第一方面，本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于稀疏恢復(fù)的水下空時(shí)自適應(yīng)處理方法，包括：

根據(jù)采樣數(shù)據(jù)構(gòu)建水下空時(shí)自適應(yīng)處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：待檢測數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)；其中，輔助數(shù)據(jù)是指從待檢測數(shù)據(jù)臨近距離單元獲得的數(shù)據(jù)；

獲取任意一個(gè)信號(hào)的空時(shí)快拍，并估計(jì)所述空時(shí)快拍的空時(shí)協(xié)方差矩陣；所述估計(jì)所述空時(shí)快拍信號(hào)的協(xié)方矩陣包括：將對(duì)空時(shí)協(xié)方差矩陣的估計(jì)過程轉(zhuǎn)換為對(duì)空時(shí)譜的估計(jì)，并在對(duì)空時(shí)譜的估計(jì)過程中附加稀疏約束；

根據(jù)不同距離門的輔助數(shù)據(jù)以及空時(shí)快拍的協(xié)方差矩陣，估計(jì)混響與干擾的空時(shí)譜，根據(jù)所述混響與干擾的空時(shí)譜，計(jì)算混響與干擾的協(xié)方差矩陣；

根據(jù)所述混響與干擾的協(xié)方差矩陣構(gòu)建基于稀疏恢復(fù)的空時(shí)自適應(yīng)濾波器；

根據(jù)所述空時(shí)自適應(yīng)濾波器對(duì)待檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波結(jié)果進(jìn)行檢測得到檢測信號(hào)。

可選地，所述根據(jù)采樣數(shù)據(jù)構(gòu)建水下空時(shí)自適應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：

利用聲基陣陣元數(shù)據(jù)構(gòu)建空時(shí)自適應(yīng)處理的空域維度，利用時(shí)域采樣數(shù)據(jù)構(gòu)建空時(shí)自適應(yīng)處理的時(shí)域維度。

可選地，利用時(shí)域采樣數(shù)據(jù)構(gòu)建空時(shí)自適應(yīng)處理的時(shí)域維度包括：

根據(jù)目標(biāo)多普勒頻移范圍，確定時(shí)域維度K；

根據(jù)選取的K值進(jìn)行相干累加處理，得到降維時(shí)域序列。

可選地，所述構(gòu)建任意一個(gè)信號(hào)的空時(shí)快拍，并估計(jì)所述空時(shí)快拍的空時(shí)協(xié)方差矩陣包括：

構(gòu)建信號(hào)的空時(shí)快拍X：