一种用于拖曳线列阵的逆波束形成干扰抵消方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及拖曳线列阵强干扰抵消技术领域，特别涉及一种用于拖曳线列阵的逆 波束形成干扰抵消方法。
【背景技术】
[0002] 微弱信号的检测与估计是阵列信号处理的关键技术之一。当目标信号很弱而干扰 信号较强时，在空间谱估计中目标信号的谱峰会被强干扰的旁瓣所掩盖，对微弱信号检测 概率和波达方向估计造成很大影响。因此，若要实现对微弱目标信号的检测和估计，必须对 强干扰进行有效抵消。
[0003] 在实际工程中，基于干扰方位特性的逆波束形成干扰抵消方法是经常用到的，逆 波束形成干扰抵消方法是近几年来国内学者提出的一种干扰抵消方法，该方法首先检测干 扰信号的方位，然后利用干扰方位知识构造干扰信号，最后利用构造的干扰信号进行干扰 抵消。但是该方法对整个阵列仅有一个估计干扰信号，忽略了由阵型畸变、声速变化等原因 造成的干扰信号在各个阵元上的差异。而在实际工程应用中，阵型畸变、声速变化等因素往 往又是存在的，忽略了这些因素的逆波束形成干扰抵消方法的宽容性较差，当环境参量发 生变化时，逆波束形成干扰抵消效果会严重下降，进而影响信号的进一步检测。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，为解决现有的逆波束形成干扰抵消方法的宽容性较差，进而 导致干扰抵消效果差的技术问题，在存在阵型畸变、声速变化等复杂海洋环境下，提出了一 种逆波束形成干扰抵消的改进处理方法，以提高现有的干扰抵消方法在复杂海洋环境下的 性能，利于目标的进一步检测和估计。为实现上述目的，本发明涉及一种具有良好宽容性的 逆波束形成干扰抵消方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种用于拖曳线列阵的逆波束形成干扰抵消方法， 该方法包括：
[0006] 步骤1)获取拖曳线列阵中各个阵元的接收信号，并建立阵列接收信号模型；
[0007] 步骤2)利用步骤1)中建立的阵列接收信号模型进行常规波束形成，从该波束形 成的结果中选取最大波束输出方位作为干扰来向；
[0008] 步骤3)从步骤2)得到的干扰来向中选取与待估计阵元相邻的阵元的接收信号， 构造干扰重建矩阵I，
[0009]
[0010]其中，r=exp(_j2 31fdcos9 /c)，j表示虚数单位，d表示阵元间距，c表示水声 声速，f表示接收信号频率，Q表示搜索的方位角，N表示选取的相邻阵元的个数，M表示拖 曳线列阵的阵元个数，且N<M;
[0011] 步骤4)利用步骤3)中建立的干扰重建矩阵1估计干扰信号矩阵，该干扰信号矩 阵Iest =WJ，X表示阵列接收信号；
[0012] 步骤5)利用步骤4)中估计的干扰信号矩阵1^进行归一化处理，并根据归一化 后的干扰信号矩阵对阵列接收信号模型进行干扰抵消，得到干扰抵消后的阵列接收信号矩 阵；
[0013] 步骤6)对步骤5)中获得的阵列接收信号矩阵进行波束形成，得到目标信号的空 间谱。
[0014] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1)中的阵列接收信号模型表示为：
[0015] X(t) = {x^t),x2(t), ???,xM(t)}T
[0016] 其中，x(t)表示各阵元在时刻t的接收信号，M表示拖曳线列阵的阵元个数，T表 示矩阵转置。
[0017] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤2)中的常规波束形成的输出表示为：
[0018]
[0019] 其中，j表示虚数单位，M表示拖曳线列阵的阵元个数，表示第m个阵元的加权 系数，d表示阵元间距，c表示水声声速，f表示接收信号频率，0表示搜索的方位角，X"(f) 表示第m个阵元频域形式的接收信号。
[0020] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5)中根据归一化后的干扰信号矩阵 对阵列接收信号模型进行干扰抵消的方法表示为：
[0021] Xpro =X-I'est
[0022] 其中，Xpro表示干扰抵消后的阵列接收信号矩阵，X表示阵列接收信号，I' est表示 归一化后的干扰信号矩阵。
[0023] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤6)中阵列接收信号矩阵进行波束形 成的公式表示为：
[0024] P' (w, 9 ) =P's(w, 9 )+P' : (w, 0 )+P'n(w, 9 )
[0025] 其中，P's(w，0)表示波束形成的信号项，P\(W，0)表示波束形成的干扰项， P'>，0)表示波束形成的噪声项，上式中的P's(w，ehP'Jw，0)和P'>，0)分别表示 为：
[0029] 其中，s(w)是目标信号的频域形式，I(w)是干扰信号的频域形式，ni(w)表示第i 个阵元接收到的背景噪声，j表示虚数单位，e表示搜索的方位角，N表示选取的相邻阵元 的个数，M表示拖曳线列阵的阵元个数，且N彡Y表示目标信号 cC 的方向、〇表示干扰信号的方向，d表示阵元间距，c表示水声声速;w表示角频率，e是自 然对数底，入i二人2二e-jw'I二e-，T' =dcos0 /c，Ai表示第i个阵元的 随机干扰。
[0030] 本发明的逆波束形成干扰抵消方法通过充分考虑环境变量变化情况，重新构造干 扰估计，使该方法在环境变量多变的情况下获得较好的干扰抵消效果，利于信号的进一步 检测。理论分析及Matlab数值仿真结果表明：本发明较现有的逆波束形成干扰抵消方法在 环境变量变化的情况下具有更好的干扰抵消效果。
[0031] 本发明的一种用于拖曳线列阵的逆波束形成干扰抵消方法优点在于：
[0032] 本方法通过干扰重建矩阵I来估计干扰信号，充分考虑阵型畸变、声速变化等因 素随着阵元的变化，并针对每个阵元的情况重建干扰信号，使每个阵元都有独立的重建干 扰信号；进而利用该方法可以提高现有的逆波束形成干扰抵消方法的宽容性，在复杂多变 的海洋环境中获得较好的干扰抵消效果，利于信号的进一步检测。
【附图说明】
[0033] 图1为一种用于拖曳线列阵的逆波束形成干扰抵消方法流程图。
[0034] 图2为拖曳线列阵中阵元布阵图。
[0035] 图3为干扰项期望最大值随阵元数目变化的曲线对比图。
[0036] 图4为无随机扰动情况下，阵列接收信号直接波束形成示意图。
[0037] 图5为无随机扰动情况下，利用常规逆波束形成干扰抵消方法进行干扰抵消后波 束形成示意图。
[0038] 图6为无随机扰动情况下，利用本发明的逆波束形成干扰抵消方法进行干扰抵消 后波束形成示意图。
[0039] 图7为有随机扰动情况下，阵列接收信号直接波束形成示意图。
[0040] 图8为有随机扰动情况下，利用常规逆波束形成干扰抵消方法进行干扰抵消后波 束形成示意图。
[0041] 图9为有随机扰动情况下，利用本发明的逆波束形成干扰抵消方法进行干扰抵消 后波束形成示意图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图和实施例对本发明所述一种逆波束形成干扰抵消方法进行详细说 明。
[0043] 在对本发明的逆波束形成干扰抵消方法做详细说明前，首先对本实施例中的拖曳 线列阵加以描述。如图2所示，该拖曳线列阵是阵元数为M的等间距水平线阵，目标从Y方向辐射信号、干扰从〇方向辐射吸纳后，经水声信道传播后到达该拖曳线列阵。以该拖 曳线列阵为例，下面对本发明的方法做详细说明。
[0044] 如图1所示，本发明所述的用于拖曳线列阵的逆波束形成干扰抵消方法包括以下 步骤：步骤1):获取拖曳线列阵中各个阵元的接收信号，并建立阵列接收信号模型；
[0045] 此时的阵列接收信号模型可表示为：
[0046] X(t) = {x^t),x2(t), ???,xM(t)}T (1)
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