被动时反混响抑制方法研究

    浅海波导中,混响是限制主动声纳作用距离和系统性能的主要背景干扰之一.它是一种特殊形式的干扰,不仅和发射信号本身有着密切的关系,而且还和传播信道的特性有关,故抑制混响、增强回波信混比一直是主动声纳信号处理的一个重要研究课题.时间反转[1)6](time reversal, TR)是一种新的自适应处理方法,该方法利用了静态介质中波传播的互易性,可以在不均匀声学介质中实现声场的聚焦和置零,而不需要介质和换能器阵列性质和结构的先验知识.按照处理方式的不同, TR处理方法可以分为主动和被动两种.

    近年来,这种TR处理方法被逐渐应用于浅海波导中的混响抑制和回波信混比增强.典型地,Kim等[7]通过放置探测声源研究了TR聚焦增强回波信混比的能力. Song等[8,9]提出了一种时反混响置零方法,可以在某一距离上设置海底混响凹槽.该方法将海底散射体看做辅助探测声源,通过对某一时段的混响信号进行处理来获得时反阵列(sourcereceiver array, SRA)与相应距离上的海底散射体之间的传输函数信息,并据此得到SRA的一个激励权向量,使得重新辐射的声能量在相应距离上设置混响零点.这是一种需要主动发射的混响抑制方法.随后, Song等[10]又将这种混响抑制方法推广到被动情况,可以直接对SRA接收的返回信号进行混响抑制处理,而不需要再进行主动发射)接收处理.

    然而,上述的这两种主动和被动时反混响抑制方法,在利用特征值分解获得混响子空间的时候,都仅利用了纯粹的海底混响信号.当波导中某个距离上存在目标时,相应时刻返回到时反阵列的回波信号包含了目标回波和海底混响两部分,在没有目标和相应海底散射体相对散射强度等其他先验信息的条件下,要分离目标回波子空间和海底混响子空间是十分困难的.此时若使用这两种混响抑制方法,可能会使目标回波和混响同时被抑制,从而无法有效增强信混比.我们在文献[11]中首先指出了这一点, Song在文献[10]中也指出了这个问题.

    针对上述问题,结合时反算子分解[12)14](decomposition of the time reversal operator,DORT)和时反混响置零方法,文献[15]提出了一种前后混响零点约束下基于时反算子分解的信混比增强方法.该方法利用目标回波出现时刻及其出现前后时刻SRA接收到的返回信号,通过时反算子分解,获得目标距离对应的一个二维信号子空间和目标前后距离附近的海底聚焦权向量.根据该信号子空间和海底聚焦权向量,以目标前后距离附近的海底声场置零、目标处最大为约束条件,导出了SRA的一个约束最优激励权向量,使得SRA辐射的声场在目标处聚焦,在目标距离附近的海底处设置混响凹槽,从而增强回波信混比.该方法克服了直接TR处理、TR混响零点设置方法以及TR选择性聚焦方法的局限性,可以运用到没有探测声源、目标和海底散射强度相对大小先验知识未知的情况,但也还存在着一个不足:可能存在目标的距离未知时,需要对各个可能存在目标的距离上依次进行主动发射)接收处理,这在实际应用中需要耗费较长的时间.