一种非完全合作信号空时降维混响抑制方法、装置及设备

本技术涉及水声信号处理，尤其是一种非完全合作信号空时降维混响抑制方法、装置及设备。

背景技术：

1、对于工作在浅海区域的主动声呐而言，混响是影响其探测性能的主要干扰因素。混响可以看作是一种由主动发射引发的干扰，当发射信号被水中的不均匀介质或者不规则边界散射时，就会产生大量散射波，它们在接收换能器基阵处叠加形成混响。主动声呐工作时需要对混响进行有效抑制，否则其性能将会受到严重影响。

2、现有方法主要采用接收信号后滤波技术来解决上述问题。级联滤波法是采用滤波器级联的方式对接收信号进行滤波，级联顺序可分为先空域再时域，也可以先时域再空域。空域滤波法则是利用阵列信号处理中的波束形成技术，对目标信号方向预成波束，抑制其他方向上的干扰。低秩类方法则是采用低秩矩阵分解和稀疏优化方法，将信号与混响分离，从而提取目标回波。传统stap方法需要已知目标和混响的先验信息，对于非平稳、非高斯混响进行抑制，其混响抑制及目标检测性能将大幅下降。以上方法都需要已知目标空间频率和多普勒频率，计算量大，对于非完全合作运动目标和水下非平稳环境探测适应能力受限，在实测数据处理中存在稳健性不足的问题。因此需要通过挖掘目标与混响的特征差异，在原始数据层面提取目标特征信息，继而进行混响抑制和目标检测。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供了一种非完全合作信号空时降维混响抑制方法、装置及设备，以对水平阵列的接收信号进行混响抑制，提高探测精度。

2、本技术实施例的一方面提供了一种非完全合作信号空时降维混响抑制方法，所述方法包括以下步骤：

3、对水平阵列的接收信号进行预处理，得到目标信号的空时导向向量估计值；

4、将待检测的输入数据划分为主支路数据和辅助支路数据；其中，所述主支路数据为所述待检测的输入数据在所述空时导向向量估计值上的投影，所述辅助支路数据为所述待检测的输入数据阻塞所述目标信号后的混响数据；

5、利用所述辅助支路数据构造空时协方差矩阵，并根据所述空时协方差矩阵利用线性约束最小化准则计算空时最优权向量；

6、根据输出信混比最大准则，使用互谱法构造降维矩阵；

7、根据所述降维矩阵计算降维后的所述辅助支路数据和降维后的所述空时协方差矩阵；

8、根据降维后的所述空时协方差矩阵求解降维后的所述空时最优权向量；

9、根据所述主支路数据、降维后的所述空时最优权向量和降维后的所述辅助支路数据计算得到空时滤波数据。

10、在一些实施例中，所述对水平阵列的接收信号进行预处理，得到目标信号的空时导向向量估计值，包括以下步骤：

11、将所述接收信号预处理为空时二维时域信号；

12、将所述空时二维时域信号进行特征分解，得到特征向量和对应的特征值；

13、根据所述特征值计算所述水平阵列中每个距离单元的信息熵；

14、从所述空时二维时域信号中选取所述信息熵最大的距离单元数据作为所述目标信号；

15、对所述目标信号进行时域加权，得到时域滤波数据；

16、对所述时域滤波数据进行重构，得到所述目标信号的所述空时导向向量估计值。

17、在一些实施例中，所述将待检测的输入数据划分为主支路数据和辅助支路数据，包括以下步骤：

18、根据所述空时导向向量估计值和所述待检测的输入数据计算得到所述主支路数据；

19、根据所述待检测的输入数据和信号阻塞矩阵计算得到所述辅助支路数据。

20、在一些实施例中，所述根据所述空时协方差矩阵利用线性约束最小化准则计算空时最优权向量，包括以下步骤：

21、根据线性约束最小方差准则，基于所述空时协方差矩阵构建所述主支路数据方向上输出功率最大、所述辅助支路数据方向上的输出功率最小的优化问题；

22、求解所述优化问题，得到所述空时最优权向量。

23、在一些实施例中，所述根据输出信混比最大准则，使用互谱法构造降维矩阵，包括以下步骤：

24、对所述空时协方差矩阵进行特征分解，得到特征向量和对应的特征值；

25、根据输出信混比最大准则确定输出信混比；其中，所述输出信混比包括信号输出功率、根据所述特征向量和所述特征值得到的互谱值；

26、按所述互谱值大小进行降序排序，选取排序靠前的若干个所述互谱值对应的所述特征向量构造所述降维矩阵。

27、在一些实施例中，所述根据降维后的所述空时协方差矩阵求解降维后的所述空时最优权向量，包括以下步骤：

28、根据lcmv准则构建使所述目标信号失真度最小化的最优化问题；

29、求解所述最优化问题，得到降维后的所述空时最优权向量；其中，降维后的所述空时最优权向量包括降维后的所述空时协方差矩阵和主辅支路互相关系数。

30、在一些实施例中，所述根据所述主支路数据、降维后的所述空时最优权向量和降维后的所述辅助支路数据计算得到空时滤波数据，包括以下步骤：

31、以降维后的所述空时最优权向量左乘降维后的所述辅助支路数据，得到混响分量数据；

32、以所述主支路数据减去所述混响分量数据，得到所述空时滤波数据。

33、本技术实施例的另一方面还提供了一种非完全合作信号空时降维混响抑制装置，所述装置包括：

34、信号估计单元，用于对水平阵列的接收信号进行预处理，得到目标信号的空时导向向量估计值；

35、数据划分单元，用于将待检测的输入数据划分为主支路数据和辅助支路数据；其中，所述主支路数据为所述待检测的输入数据在所述空时导向向量估计值上的投影，所述辅助支路数据为所述待检测的输入数据阻塞所述目标信号后的混响数据；

36、空时向量计算单元，用于利用所述辅助支路数据构造空时协方差矩阵，并根据所述空时协方差矩阵利用线性约束最小化准则计算空时最优权向量；

37、降维矩阵构造单元，用于根据输出信混比最大准则，使用互谱法构造降维矩阵；

38、降维处理单元，用于根据所述降维矩阵计算降维后的所述辅助支路数据和降维后的所述空时协方差矩阵；

39、空时向量降维单元，用于根据降维后的所述空时协方差矩阵求解降维后的所述空时最优权向量；

40、滤波输出单元，用于根据所述主支路数据、降维后的所述空时最优权向量和降维后的所述辅助支路数据计算得到空时滤波数据。

41、本技术实施例的另一方面还提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器；

42、所述存储器用于存储程序；

43、所述处理器执行所述程序实现上述任一项所述的方法。

44、本技术实施例的另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现上述任一项所述的方法。

45、本技术至少包括以下有益效果：

46、本技术可以对水平阵列的接收信号进行预处理，得到目标信号的空时导向向量估计值；将待检测的输入数据划分为主支路数据和辅助支路数据；其中，主支路数据为待检测的输入数据在空时导向向量估计值上的投影，辅助支路数据为待检测的输入数据阻塞目标信号后的混响数据；利用辅助支路数据构造空时协方差矩阵，并根据空时协方差矩阵利用线性约束最小化准则计算空时最优权向量；根据输出信混比最大准则，使用互谱法构造降维矩阵；根据降维矩阵计算降维后的辅助支路数据和降维后的空时协方差矩阵；根据降维后的空时协方差矩阵求解降维后的空时最优权向量；根据主支路数据、降维后的空时最优权向量和降维后的辅助支路数据计算得到空时滤波数据。本技术通过计算信息熵估计目标信号的空时导向向量，对空时最优权向量和辅助支路数据进行降维，然后能够确定混响分量，再根据划分得到的主支路数据对该混响分量进行抑制，可提高接收信号的准确度，从而提高探测精度。