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强干扰背景下的目标检测问题一直是水声领域中的研究热点之一。拖曳线列阵具有孔径不受舰艇限制、可充分利用水文条件、可变深、远离拖船等优点,成为水下目标检测的重要工具。 目前国际形势和潜艇、鱼雷等威胁的不断变化,对拖曳线列阵提出了更高的要求。首先,冷战后各国竞备主战场由深海转移到海洋环境复杂的浅海。其次,在过去几十年中由人类活动造成的水下噪声污染不断加重。另外,各国潜艇辐射噪声不断降低。总之,目前拖曳线列阵处于复杂的海洋环境,面临的干扰强度越来越大,而检测的目标辐射噪声却越来越小,这些问题对拖曳线列阵目标检测提出了更高的要求。所以如何提高拖曳线列阵在强干扰背景下的检测性能变得尤为重要。 要提高强干扰背景下拖曳线列阵的检测性能,一方面要抑制干扰,获得信干比增益;另一方面要充分利用目标特性,获得信噪比增益。为此,本文从空域和频域出发,寻找提高拖曳线列阵信干比和信噪比的方法,以提高其在强干扰背景下的检测性能。论文的研究内容具体包含以下几个方面: 1.强干扰抑制是拖曳线列阵获得信干比增益的一个重要措施。逆波束形成算法是常用的强干扰抑制算法之一。该算法利用干扰的方位信息估计干扰信号进而进行干扰抑制,但在复杂海洋环境中阵列接收的干扰信号往往存在相位随机扰动,此时该方法估计的干扰信号与实际干扰信号有较大偏差,造成干扰抑制效果不理想。为适应干扰相位的随机扰动,论文提出了具有良好宽容性的逆波束形成干扰抑制算法,该算法充分考虑随机扰动的存在,利用干扰重建矩阵估计干扰信号。此时估计出的干扰信号与实际干扰信号更接近,这样可以使干扰抑制有较好的结果。具有良好宽容性的逆波束形成干扰抑制算法充分考虑了复杂海洋环境中干扰信号的相位扰动,可以获得较好的干扰抑制效果,提高了算法的宽容性。论文对提出算法进行了理论分析、计算机程序仿真。 2.干扰阻塞算法也是一种重要的强干扰抑制算法,该算法利用固定方位强干扰的先验知识构造矩阵抑制干扰。但是干扰阻塞算法在抵消干扰的同时,会对干扰附近很大区域内的信号造成衰减,严重影响目标信号的进一步检测与处理。对此本文提出一种改进的干扰阻塞算法,该算法可以在抵消干扰的同时,显著减小对信号的衰减。论文从信噪比增益、信干比增益、模型误差等方面对改进算法进行了性能分析,并进行了相应的仿真验证。 3.对弱目标检测时,不仅要通过干扰抑制获得信干比增益,还需要获得信噪比增益,才能被拖曳线列阵检测到。为了获得信噪比增益,本文针对具有线谱成份的弱目标,充分利用水下目标辐射噪声的线谱成分,利用最近邻聚类规则对基于方位稳定的线谱目标检测方法进行改进,获得了信噪比增益,提高了拖曳线列阵的检测性能。论文对提出的算法进行了理论分析和程序仿真验证。 4、将空域的干扰抑制与频域线谱检测结合起来,设计了空频联合处理算法来提高强干扰背景下,拖曳线列阵对弱目标的检测性能。其中在频域采用基于最近邻聚类规则的方位稳定线谱目标检测方法;在空域上采用具有良好宽容性的逆波束形成干扰抑制算法进行干扰抵消。论文对空频联合处理方法进行了MATLAB仿真分析。 5.利用实验室海试数据,验证了改进的干扰阻塞算法、具有良好宽容性的逆波束形成算法、空频联合处理方法在提高拖曳线列阵检测性能方面的优越性。