基于拖曳线列阵的干扰抑制方法研究

摘要

拖曳线列阵声纳是水面舰船和潜艇重要的声纳装备之一，具有基阵尺寸大、工作频率低、能隐蔽地发现远距离目标的特点。但拖曳线列阵在实际应用中受到流速航速等的影响，易产生阵元位置误差，使阵处理性能下降。且由于拖缆长度有限，浅海环境下拖船辐射噪声对声纳性能的影响较为严重。另外观测扇面内常出现较强随机干扰，对目标的探测造成影响。本论文针对以上问题，研究拖曳线列阵阵形校正技术、拖船干扰抑制技术以及随机强干扰抑制技术，以改善拖曳线列阵声纳在复杂环境下的使用性能。 本文首先针对拖曳阵阵形畸变，研究了拖曳阵阵形校正技术。建立了拖曳线列阵阵列畸变的数学模型，分析了阵位误差对探测性能的影响，研究非声辅助校正方法以及声学计算方法。理论分析及仿真结果证明了研究的三种方法均可有效估计阵位，且非声辅助校正方法适用于拖船处于转弯过程及其他较大幅度阵形畸变的情况，声学自校正方法在低信噪比下估计精度稍低于辅助校正方法。 接下来针对拖船辐射噪声的影响，研究了拖船干扰抑制技术。通过分析海试试验数据，得到由拖曳阵接收到的拖船噪声功率谱特性与空间特性，构建了理论模型，研究了零陷波束形成、逆波束形成、无数据依赖波束域变换这三种拖船干扰抑制方法。仿真结果及试验结果表明，相比于常规波束形成，研究的三种方法均具有较好的拖船干扰抑制性能，有利于提高对目标的探测能力，且无数据依赖波束域变换方法效果好于其他两种。 最后针对观测扇面内的随机强干扰，研究了随机干扰抑制技术。研究低旁瓣波束形成、矩阵滤波子空间波束形成、基于子空间重构的波束形成方法。研究表明，低旁瓣波束形成方法具有较低的旁瓣级，可以有效抑制目标附近强干扰的能量泄露，提高对弱目标的探测能力;矩阵滤波子空间波束形成方法，具有期望的空域滤波的能力，可以抑制不感兴趣扇面的干扰，并提高感兴趣目标的方位估计性能;基于子空间重构的波束形成方法，可以通过重构信号与干扰子空间，提高输出信干比。仿真结果及试验数据都验证了上述结论。