固定干扰抑制的声场匹配方法

    0 引 言

    匹配场阵列处理摒弃了阵列接收信号平面波到达的假设条件，在获得阵列增益的同时，为获取更多目标的距离和深度等信息提供了可能。近 30年来，关于水声匹配场处理的论文大量出现，A. B.Baggeroer、W. A. Kuperman 和 P. Mikhalevsky 于1993 年的综述文章[1]总结了匹配场处理技术。A.Tolstoy 也出版了专著[2]介绍这方面的发展。

    匹配场处理方法应该有处理多目标的能力，尤其是对弱目标的检测和定位的能力。利用垂直阵列进行弱目标的检测时极易受到强目标的干扰，这使常规匹配场阵列处理方法检测弱目标的能力受到限制。特别是强干扰时目标的旁瓣影响显著且没有固定的模式，旁瓣往往很高，与主瓣的高度是相同量级，出现的位置也随水文变化。因此，匹配场阵列处理方法近期的主要进展是围绕着抑制干扰、检测弱目标展开。

    本文讨论了海洋波导中匹配场处理的干扰抑制问题，并提出一种基于波导不变性的垂直阵列干扰抑制方法。采用类似自由空间的方法，将垂直阵列的零点指向干扰位置。与自由空间方法不同的是，这种将阵列零点指向干扰位置的阵列权矢量需要通过声场计算和干扰位置确定。利用阵列接收信号互谱矩阵的波导不变性扩展零点在 r-ω 平面上的范围，提高阵列抑制干扰的能力。

    1  阵列抑制干扰的常规方法

    在阵列的观察方向以外，阵列的响应并不为零。即除了阵列正在观测的期望目标以外，其他干扰信源的信号可能通过主瓣或旁瓣(主瓣以外的次极大值)进入阵列的波束输出，影响期望信号的正常接收。这种干扰的损害在很多情况下对声纳系统而言是致命的。常规的相控阵信号[3]接收系统的信干噪比(SINR)极易因之而降低，在声对抗战术中，如不进行干扰抑制会导致系统无法正常工作。

    波束方向响应图中除了有高低不一的峰值到达角以外，还有阵列波束方向响应为零的特殊到达角，称这些到达角为阵列的零点。如能控制零点使之指向干扰，同时保持期望目标的方向的响应不变，则可以在阵列的输出中排除干扰对波束输出的影响。

    通过调整相控阵的权矢量可以使阵列的零点指向干扰。控制零点指向干扰的过程可以用下面的模型来表示

    XS为阵列接收期望目标信号，XI为阵列接收的干扰信源信号，可以是多干扰信号矢量并列的矩阵。只要目标和干扰的个数小于阵元的个数，上述的零点对准干扰的做法是可以实现的。将阵列接收信号矢量与阵列方向矢量代入式(1)可得