多途信道中的声聚焦与声屏蔽技术研究

基阵视野中若有多个声源，它们将相互干扰而降低对其中任何一个目标的探测能力，称之"多目标相互干扰"。信号处理的理想决策是对有兴趣探测的目标实施聚焦，对其余声源实施屏蔽。在平面波条件下，既不能实现聚焦，也不能实现屏蔽，所能实现的最优处理是阵处理技术，众所周知传统的阵处理技术无法分辨同一方向上的两个点源。本技术研究可以解决这一问题。本基金研究局部空间（而不是扇面内）的声屏蔽技术，抑制屏蔽区内声源产生的到达信号，改善对该区域外目标的探测性能，甚至可以屏蔽同一方向上不同距离处的任一声源，而有效检测另一声源。本技术研究有广泛的应用前景。例如，多种主动式和被动式水声设备在同频段同时工作时，会相互干扰，以致不能同时有效工作；可用于屏蔽拖船干扰，使拖曳线列阵声纳能有效消除拖船方向的探测盲区；也可用于水声通信中的多用户干扰。声屏蔽技术可应用于水平阵（或单水听器），可适合装载在运动平台或海底固定式使用。

本基金项目组从近场聚焦波束形成技术入手，主要研究了声聚焦与声屏蔽技术。同时，还应用于阵列信号处理中抗多目标干扰领域、低频目标回波亮点测量领域以及水声通信领域中多用户干扰问题中。考虑到浅海多途信道对水声信号有较大影响，从线谱干涉结构和连续谱干涉结构两方面入手，进一步探讨了多途信道，深入研究了声场干涉结构。解决了水面水下目标识别问题和阵列信号处理中被动测距技术问题，并为其提供了科学的理论依据。通过大量试验验证了本基金项目组提出的技术能安全有效地实施，本基金项目组研究的方向必将具有广阔的应用前景。.具体创新点如下：.1)该课题针对同一方向上多目标干扰问题，采用基于阵列信号处理的声聚焦与声屏蔽技术。该技术可以有效聚焦希望探测的目标，屏蔽干扰源，这是以往常规波束形成和零点陷波所无法解决的问题，填补了国内空白。.2)水声信道具有的高复杂性和信噪比低的特点，针对常规波束形成中提高阵列增益和改善主旁瓣比的核心问题进行了相关研究工作，该项目组采用基于对角减载的水声阵列波束形成技术，使得声呐基阵能量集中，获得阵列增益，实现抗噪声及抗混响优势等。.3)针对公开文献中涉及的聚焦波束形成技术均需要以目标深度已知为前提，才能测量目标的二维平面参数，该项目组利用水声信道的多途特性，对目标实现三维近场聚焦波束形成定位，填补了国内空白。.4)目前水下水面造船技术正向低频、低辐射噪声方向发展，而以往公开文献中的目标高频回波测量系统无法检测目标低频回波亮点，该课题组采用聚焦波束形成技术结合MVDR、STMV、拷贝相关等技术，实现了目标低频回波亮点测量技术，填补了国内空白。.5)针对水面水下航行目标无法分辨的问题，通过对声场线谱干涉结构的研究，解决了水中垂直方向目标探测识别技术，填补了国内空白。.6)拖曳线列阵能被动测向，但无法被动测距。针对这一问题，利用声场连续谱干涉结构理论，分析研究了拖曳线列阵被动测距技术。.7)从水声通信中多用户干扰问题出发，利用声聚焦与声屏蔽技术实现水声通信领域中的多用户通信，水声通信采用矢量水听器技术，以及针对水声通信中物理层的很多具体研究等等都填补了国内空白。