专利名称：一种前向小目标mimo探测方法
技术领域：
本发明涉及一种水声前向目标主动定位方法，属于水声信号处理技术领域。
背景技术：
从2004 年起，多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，简称 “ΜΙΜΟ”) 处理在雷达和声纳领域的研究发展迅速。基于收发分址模式的MIMO利用角度分集设计的 Neyman Pearson检测器具有较好的宽容性，进一步利用空间分集提高了检测性能。X. D. Wang和G.V. Moustakides就分址处理模式的MIMO雷达中的目标检测与参数估计开展了研究，得到的结果表明对于分布式目标其检测性能优于相控阵处理，而对点目标的处理其性检测能与相控阵处理相当。J.Li和P. Stoica提出了基于合址的ΜΙΜΟ处理框架，这种框架侧重获取和利用波形分集，通过优化发射波形实现发聚焦、并提高了目标分辨率。在MIMO雷达研究取得飞速发展的同时，MIMO声纳的研究才刚刚起步。I. Bekkerman和J. Tabrikian在2006年提出了 MIMO声纳目标检测与定位的处理框架，证明了在自由场平面波模型下，通过发射正交波形可以等效地引入虚拟阵元以提高目标探测能力，并在此基础上推导了广义似然比检测器和测向的性能限。近年来，尽管MIMO声纳的研究飞速发展，但是作为一种新型的声纳框架，目前仍然在原理性的研究阶段。所考虑的模型也仅仅是自由场环境，对声场的建模也只是使用平面波模型。在波导环境中，水声信道具有特殊性，信道中多径效应严重，声波在波导中传播不满足自由场平面波模型，如果仍然采用基于平面波模型的MIMO探测方案，对前向小目标的探测性能将大幅衰减，甚至出现对前向小目标定位错误的情况。因此在波导MIMO探测方案中采用平面波模型有很大的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种将MIMO处理框架与波导水声信道的特殊性相结合的前向小目标探测方法。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是本发明前向小目标MIMO探测方法包括如下步骤
1)将SRA阵的所有阵元逐个按以下方法向前向小目标发射和接收信号，两个阵元的发射间隔时间为t，且ts> 2xd/C ,其中d表示感兴趣的探测区域到SRA阵的最远水平距离， c表示水介质中的声速
首先将SRA阵设置为发射阵模式，由阵元向前向小目标发射信号；然后将SRA阵切换到接收阵模式，由SRA阵的所有阵元接收前向小目标的反射回波并且对所述反射回波进行存储，所述反射回波包含阵元所发射的信号的频率信息和所述前向小目标的位置信息；
2)将步骤1)所存储的所有反射回波列向量化，得到如式(I)所示的数据向量 φ = [if ( Ρ,et),...,rlr(m,4)f (I )式(I )中f表示阵元所发射的信号的角频率，0t = (r，z)表示前向小目标的位置信息， r表示前向小目标距发射阵元的水平距离，z表示前向小目标距水面的深度，R( 肩)表示
数据向量，0，4)，r2( 4X...,%0 4)分别表示步骤1)中SRA阵的各阵元向前向小目标
发射的信号所对应的反射回波，N表示SRA阵的阵元个数；
3)根据所述前向小目标所在环境的环境参数，利用基于简正模的KRAKEN模型得到与 所述前向小目标的假设位置相对应的拷贝向量，所述环境参数包括水深、水介质的声速、水 介质的密度、水介质的声衰减系数、沉积层的声速、沉积层的密度和沉积层的声衰减系数；
4)根据所述拷贝向量，利用式(II)得到驾驶向量，
权利要求
1. 一种前向小目标MIMO探测方法，其特征在于包括如下步骤1)将SRA阵的所有阵元逐个按以下方法向前向小目标发射和接收信号，两个阵元的发射间隔时间为t,且t》2xd/c,其中d表示感兴趣的探测区域到SRA阵的最远水平距离，c表示水介质中的声速首先将SRA阵设置为发射阵模式，由阵元向前向小目标发射信号；然后将SRA阵切换到接收阵模式，由SRA阵的所有阵元接收前向小目标的反射回波并且对所述反射回波进行存储，所述反射回波包含阵元所发射的信号的频率信息和所述前向小目标的位置信息；2)将步骤1)所存储的所有反射回波列向量化，得到如式(I)所示的数据向量 RO,φ = [rf (取φ,马)，...,$t)f ( I )式(I )中表示阵元所发射的信号的角频率，4 = 表示前向小目标的位置信息， r表示前向小目标距发射阵元的水平距离，ζ表示前向小目标距水面的深度,表示数据向量， 1分别表示步骤1)中SRA阵的各阵元向前向小目标发射的信号所对应的反射回波，N表示SRA阵的阵元个数；3)根据所述前向小目标所在环境的环境参数，利用基于简正模的KRAKEN模型得到与所述前向小目标的假设位置相对应的拷贝向量，所述环境参数包括水深、水介质的声速、水介质的密度、水介质的声衰减系数、沉积层的声速、沉积层的密度和沉积层的声衰减系数；4)根据所述拷贝向量，利用式(II)得到驾驶向量， (φ, θ)wi , ff) = --- ( TT )式(II)中，w(>,0表示驾驶向量，a( ,约表示拷贝向量^表示前向小目标的假设位置；5)利用所述驾驶向量，对所述数据向量做匹配场处理，得到匹配场输出；6)对所述前向小目标的假设位置进行搜索，将匹配场输出最大时所对应的前向小目标的假设位置作为所述前向小目标的真实位置的估计。
全文摘要
本发明公开了一种前向小目标MIMO探测方法。该方法首先利用分时发射的方法获得分集增益，并且通过对波导水声信道进行建模获得目标位置对应的信号拷贝。以此信号拷贝与实际数据进行匹配场处理实现前向小目标定位。本发明方法可以使匹配场输出的模糊度表面获得更窄的主瓣，具有更好的性能。
文档编号G01S15/06GK102288966SQ20111012144
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者张江帆, 潘翔 申请人:浙江大学