專利名稱：基于單陣元被動時反“雙擴展”效應的信號檢測及定位方法
技術領域：
本發(fā)明屬于淺海信道信號檢測領域，涉及信號檢測、水聲通信兩個學科。主要涉及一種基于單陣元被動時反“雙擴展”效應的信號檢測及定位方法。
背景技術：
作為水聲信息傳輸通道的海洋介質是復雜多變的，其水聲信道具有時變、空變、頻變特性。由于傳播損失，多徑效應，頻散效應，水中的不均勻性，邊界的不平整等等，均會引起不同類型的畸變，從而使信號處理的工作復雜化。時反處理是近年來水聲信號處理技術研究中的一個熱點。它在靜態(tài)聲場的基礎上，利用聲場傳輸?shù)氖瞻l(fā)互易性，實現(xiàn)了接收的時反信號在時間上和空間上的聚焦。水聲時反的空時聚焦性能主要源于波動方程時反不變性，即水聲信道的互易性?；诙鄰叫诺?，時反可以自適應修正多徑信道的各個路徑的時延差，使時反后的接收信號在時域窗上同相疊加從而聚焦，因此時反聚焦要求水聲信道保持時不變性?；诒粍訒r反信號檢測方式，國內外學者就水聲信道時不變性給出了被動時反的多種應用單陣元定位、垂直陣定位、迭代時反技術、混響抑制、基于前向預測的混響抑制以及結合自適應均衡的水聲通信等等。單陣元定位是利用矢量傳感器來獲取水壓的矢量信息，從而對目標方位進行估計；垂直陣定位在利用時延估計目標方位的基礎上，通過時反能量聚焦技術達到遠距離目標定位的能力；迭代時反技術源于時反聚焦，迭代多次時反可獲得更好地有效信號聚焦性能，使系統(tǒng)處理增益得到提高以及達到多目標識別的選擇性聚焦能力；混響抑制及基于前向預測的混響抑制是在混響傳統(tǒng)抑制方法的基礎上，通過比較得出時反在混響抑制上更為優(yōu)越；結合自適應均衡的水聲通信從碼間干擾出發(fā)比較傳統(tǒng)的均衡方法和時反法，由于時反可以自適應匹配信道從而有效消除碼間干擾，相比傳統(tǒng)的均衡方法要好。以上這些應用的前提主要是基于信道時不變性出發(fā)，即假設在陣元檢測、定位或者通信的過程中，信道沖擊響應函數(shù)保持不變，而實際水聲信道是時間以及空間的復雜函數(shù)，不可能保持恒定不變。 尤其當目標、陣元存在相對運動下，信道沖擊響應函數(shù)會隨著目標以及陣元的位置變化而發(fā)生改變，從而發(fā)生時延擴展及頻率擴展，因此結合時反聚焦研究實際水聲信道信號檢測非常必要。對于目標、陣元存在相對運動時，陣元接收信號相比目標信號發(fā)生多普勒頻移，而多徑信道的存在會產生時延擴展造成接收信號相干。目前相位相干通信在水聲通信中的應用越來越廣，但接發(fā)雙方存在的相對運動降低了相干檢測時碼元同步的精度，造成自適應均衡器的發(fā)散，導致相干接收機算法性能下降，甚至無法正常工作。所以要改善通信質量特別是運動環(huán)境下的通信質量，必須對多普勒進行跟蹤和補償。已有的水聲通信中多普勒估計都是基于模糊函數(shù)方法，其實現(xiàn)的方法有兩類一種是多普勒頻移預估計方法，另一種估計方法是多普勒頻移塊估計方法。多普勒頻移預估計方法基于每一幀信號的開始都將發(fā)射一段訓練信號，通過模糊函數(shù)的方法粗略估計出多普勒頻移大小后，去除接收信號中的偏移頻率，然后通過對信號作插值處理，完成補償；多普勒頻移塊估計方法根據(jù)多普勒頻移會引起信號時間長度變化的性質，利用數(shù)據(jù)幀長的變化來估計多普勒頻移，采用線性插值進行多普勒頻移的補償。以上這兩種方法對于一條路徑傳播下的多普勒頻偏能有效估計，但對于多徑信道下存在時延和多普勒頻移分量卻無法有效估計。因此針對“雙擴展”效應，即多徑信道時延擴展和多普勒頻率擴展兩種情況下，基于單陣元如何結合被動時反進行有效檢測目標信號是本發(fā)明的出發(fā)點。綜合上述水聲通信內容可知，本發(fā)明雖然主要基于水聲信號檢測領域進行研究，但同時對水聲通信質量的提高也很有幫助。

發(fā)明內容
要解決的技術問題為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種基于單陣元被動時反“雙擴展”效應的信號檢測及定位方法，不僅可以彌補多徑信道各個路徑時延，還能恢復目標信號頻率消除頻率擴展影響，從而同相疊加形成聲源主頻率上的能量聚焦。本發(fā)明的思想在于時不變性下的時反研究已經較為深入。相比傳統(tǒng)的信號檢測方法，時反法簡單采取“先進后出”的措施處理接收信號，使信道沖擊響應函數(shù)自適應匹配而無需如傳統(tǒng)信號檢測方法要求對信道進行估計，從而自動減小了信道估計的誤差。在信道匹配的基礎上，時反進一步使接收信號在時域或空域達到能量聚焦，提高了系統(tǒng)處理增益，提供了有效檢測信號新方法。因此，利用被動方式下的時反法進行信號檢測不但簡潔方便，而且性能更加優(yōu)越。因此，針對“雙擴展”效應背景下信號檢測，應用被動時反的方法能很好克服多徑信道的時延擴展，但由于多普勒效應的存在不滿足目標與陣元之間的信道時不變性，改變了應用被動時反的基本條件，因此，結合被動時反的優(yōu)勢若能有效檢測多普勒效應下的目標信號，一方面可以提高水聲通信的質量，克服了多徑信道時延擴展造成的碼間干擾，從而對存在多普勒擴展的接收信號克服相干性而恢復目標信號頻率；另一方面在信號檢測領域相比傳統(tǒng)的靜止目標而言，存在相對勻速運動的目標檢測顯得更為復雜，通過被動時反的優(yōu)勢除了可以忽略傳播信道的影響以外，還可以基于系統(tǒng)處理增益提高有效的抑制加性噪聲，為微弱信號檢測領域提供了一個嶄新的平臺。技術方案一種基于單陣元被動時反“雙擴展”效應的信號檢測及定位方法，其特征在于步驟如下步驟I :通過“雙擴展”效應下單陣元接收到信號，
N信號的時域表達式為
權利要求
1.一種基于單陣元被動時反“雙擴展”效應的信號檢測及定位方法，其特征在于步驟如下步驟I :通過“雙擴展”效應下單陣元接收到信號，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于單陣元被動時反“雙擴展”效應的信號檢測及定位方法，相比傳統(tǒng)的信號檢測方法，時反法簡單采取“先進后出”的措施處理接收信號，使信道沖擊響應函數(shù)自適應匹配而無需如傳統(tǒng)信號檢測方法要求對信道進行估計，從而自動減小了信道估計的誤差。在信道匹配的基礎上，時反進一步使接收信號在時域或空域達到能量聚焦，提高了系統(tǒng)處理增益，提供了有效檢測信號新方法。因此，利用被動方式下的時反法進行信號檢測不但簡潔方便，而且性能更加優(yōu)越。
文檔編號G01S5/18GK102590789SQ20121004600
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權日2012年2月27日
發(fā)明者何柯, 寧萬正, 李保軍, 楊伏洲, 梁武, 王海燕, 申曉紅, 花飛, 趙瑞琴, 閆永勝 申請人:西北工業(yè)大學