基于特征投影矩陣和線性約束的水聲陣列信號抗主瓣干擾方法

王凱玥,王景景,聞衛(wèi)軍

(青島科技大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266061)

基于水下陣列的水聲信號波束形成[1]方法是一種空間濾波器,通過將換能器在空間上按一定形狀排列組成水下陣列,通常被用作水聲通信的發(fā)送或者接收設(shè)備。其中應(yīng)用最廣泛的是最小方差無畸變響應(yīng)[2](minimum variance distortionless response,MVDR)波束形成器,通過限制波束能量輸出,同時(shí)約束期望信號方向響應(yīng)為1,獲得最大輸出信干噪比。然而復(fù)雜海洋噪聲環(huán)境下,干擾和噪聲的種類繁多,根據(jù)干擾源射入水聲陣列位置的不同,可以分為主瓣干擾和旁瓣干擾。當(dāng)存在多個(gè)已知干擾位置的旁瓣干擾源時(shí),線性約束最小方差[3](linearly constrained minimum variance,LCMV)波束形成器,可約束干擾源位置波束能量輸出,降低對干擾的接收性能,從而抑制干擾。然而當(dāng)干擾落入陣列方向圖主瓣時(shí),常規(guī)的波束形成算法會導(dǎo)致主瓣畸變、旁瓣電平抬高以及輸出信干噪比降低等問題。

目前,常用的主瓣干擾抑制算法分為兩類,一類是基于阻塞矩陣預(yù)處理(blocking matrix preprocessing,BMP)的主瓣干擾抑制方法,一類是基于特征投影矩陣預(yù)處理(eigen-projection matrix preprocessing,EMP)的主瓣干擾抑制方法。YU 等[4]首次提到阻塞矩陣的概念,文獻(xiàn)[5]在此基礎(chǔ)上提出了基于BMP 的主瓣干擾抑制方法,利用先驗(yàn)已知的主瓣干擾方位信息構(gòu)造阻塞矩陣濾除主瓣干擾,且不影響后續(xù)自適應(yīng)波束形成對旁瓣干擾零陷的形成。但是BMP 算法損失了一個(gè)天線單元的自由度,而且對主瓣干擾角度的預(yù)測精度要求較高,在實(shí)際中很難達(dá)到。為進(jìn)一步提高對主瓣干擾的抑制能力,文獻(xiàn)[6]提出了基于EMP 的主瓣干擾抑制算法,該方法不需要提前知道主瓣干擾的入射角度,但是存在主波束峰值偏移的問題。……