一种适用于主动声纳的局域联合STAP方法

摘要

本发明公开一种适用于主动声纳的局域联合STAP方法，属于水声通信和探测领域。参数初始化，该参数包括波束个数、最大测速要求、粗搜速度间隔；输入待测样本数据；根据待测样本求解协方差矩阵；求降维矩阵并降维处理；估计目标在每个波束上的信号的幅度；重复上述步骤，直到将整个量程内的脉冲阵元域数据转换成波束多普勒域数据。本发明利用待测数据统计信息的局域联合STAP方法。不同于级联方法，该方法没有独立运行直接数据域空时自适应和局域联合方法，仅在待测空时样本内用直接数据域空时自适应原理构造非期望数据矩阵，用于获取待测样本的统计信息，并作为局域联合方法的输入进行降维空时处理。

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信和探测技术领域，特别涉及一种适用于主动声纳的局域联合STAP方法。

背景技术

在主动声纳中，混响是近距离的主要干扰，严重影响了声纳的探测性能。尤其是当声纳载体具有一定的运动速度时，不同方位的混响具有不同的多普勒频移，从而使声纳阵元级的混响在频谱上呈现大幅扩展现象，这样低速运动的目标信号就会被混响所掩盖，即使采用波束形成加匹配滤波的常规处理方法也难以有效消除由旁瓣进入接收机的混响。然而，当目标相对于声纳具有非零的径向速度时，在声纳接收信号的方位-频移二维平面上目标回波与混响从理论上讲是可以分离的。

1973年Brennan等人首次提出了STAP(space time adaptive processing，空时自适应处理)的概念，把阵列信号自适应处理的基本原理由阵元信号推广到脉冲和阵元采样的二维数据场中。研究表明，空时自适应处理可以有效补偿雷达的平台运动效应，能获得理论的杂波抑制性能。声纳运动平台混响与目标的这种物理特性极其类似于机载雷达的杂波和目标特性，而混响的空时特征与杂波的空时特征存在差异。因此，研究空时自适应处理(STAP)机制在探测混响中的低速目标具有良好的应用前景。

空时自适应处理(STAP)方法有统计型STAP、直接数据域STAP等方法。其中，统计型STAP方法是需要利用训练样本来估计待测样本的协方差矩阵。当利用统计型STAP方法来处理主动声纳混响背景环境中时，由于混响具有非高斯、非平稳特性，使得待测样本与训练样本之间不满足独立同分布条件，这将导致由训练样本估计得到的协方差不能准确反映待测样本的统计信息。而直接数据域STAP方法与统计型STAP不同之处在于，它是通过相邻阵元对期望信号进行对消，从而得到除期望信号以外的所有信号，即杂波协方差，再加以适当约束来求解自适应权向量，进而实现对期望信号的幅度的估计；但该方法没有完全利用待检测混响数据可能提供的统计信息，这种信息量的损失，会导致方法性能不是最佳。因此，针对有源声纳的混响背景，不能直接沿用雷达的STAP方法，而是应该寻找或者构造适合于水声条件的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于主动声纳的局域联合STAP方法，使得主动声纳具有较好的抗混响效能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于主动声纳的局域联合STAP方法，包括：

步骤1，参数初始化，该参数包括波束个数、最大测速要求、粗搜速度间隔；

步骤2，输入待测样本数据；

步骤3，根据待测样本求解协方差矩阵；

步骤4，求降维矩阵；

步骤5，对步骤4求取的降维矩阵进行降维处理；

步骤6，估计目标在每个波束上的信号的幅度；

步骤7，重复步骤2～步骤6，直到将整个量程内的脉冲阵元域数据转换成波束多普勒域数据。

可选的，所述步骤1包括：

根据特定声纳相关性能要求选择合适的波束个数、最大测速要求和粗搜速度间隔；

选择局域联合处理方法的局部处理区域的单元数η

可选的，所述待测样本数据X为：

假设x

可选的，所述步骤3包括：

设在时间维上ΔN

其中，S和T分别表示空域和时域，同时定义相邻阵元在空域、时域上的差异为z

式中，X(n,k)表示阵元为n且时刻为k的窗口阵元域数据，如附图1所示。

从而可求取协方差矩阵为：

可选的，求降维矩阵TT的方法为：

根据估计信号的方位θ

其中

V

式中，θ

可选的，所述步骤5包括：

根据降维矩阵求得导向量s

可选的，估计目标在每个波束上的信号的幅度包括：

根据降维处理的结果，求出自适应权矢量

在本发明提供的适用于主动声纳的局域联合STAP方法中，利用待测数据统计信息的局域联合STAP方法。不同于级联方法，该方法没有独立运行直接数据域空时自适应和局域联合方法，仅在待测空时样本内用直接数据域空时自适应原理构造非期望数据矩阵，用于获取待测样本的统计信息，并作为局域联合方法的输入进行降维空时处理。

附图说明

图1是一个空时快拍数示意图；

图2是JDL方法的原理示意图；

图3是本发明提供的目标方位估计性能图；

图4是本发明提供的目标径向速度估计性能图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种适用于主动声纳的局域联合STAP方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本实施例一条件为：声纳基阵是由N＝16个阵元组成的均匀圆环阵，圆环阵的半径为R＝0.3m；目标信号的俯仰角

步骤1，参数初始化，该参数包括波束个数、最大测速要求、粗搜速度间隔；

根据特定声纳相关性能要求选择合适的波束个数、最大测速要求和粗搜速度间隔；

选择JDL的局部处理区域的单元数η

步骤2，输入待测样本数据；

所述待测样本数据X为：

假设x

步骤3，根据待测样本求解协方差矩阵；

设在时间维上ΔN

其中，S和T分别表示空域和时域，同时定义相邻阵元在空域、时域上的差异为z

式中，X(n,k)表示阵元为n且时刻为k的窗口阵元域数据；

从而可求取协方差矩阵为：

步骤4，求降维矩阵TT；

根据估计信号的方位θ

其中

V

式中，θ

步骤5，对步骤4求取的降维矩阵TT进行降维处理；

根据降维矩阵求得导向量s

步骤6，估计目标在每个波束上的信号的幅度；

根据降维处理的结果，求出自适应权矢量

步骤7，重复步骤2～步骤6，直到将整个量程内的脉冲阵元域数据转换成波束多普勒域数据。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。