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声纳阵列的强干扰抑制技术研究

摘要

随着减震降噪技术的发展，水下航行器的辐射噪声明显降低。在海洋环境噪声中，

对水下航行器进行探测时，时常受到水面舰船或渔船等远场强干扰的影响，致使目标辐

射噪声经常被强干扰所淹没，因此如何对强干扰信号进行抑制，实现对弱目标信号的探

测成为丞待解决的研究问题。本文主要以零点约束波束形成、稳健的零点约束波束形成

为基础研究强干扰抑制算法，并结合四阶累积量提高弱目标估计的性能。

本文首先研究了经典波束形成算法，在此基础上，通过在特定方向设置零点约束条

件，研究了零点约束的波束形成算法，可以对强干扰信号进行抑制，通过仿真验证了零

点约束的波束形成算法的强干扰抑制性能。但在面对真实海洋环境中所存在的阵列协方

差矩阵存在误差、期望及干扰导向向量存在误差时，零点约束的波束形成算法不具有稳

健性。

针对真实海洋环境中存在的误差，研究了稳健的波束形成算法：零陷展宽的Bartlett

零点约束算法可以用于解决干扰信号导向向量失配导致无法在干扰方向产生零陷的问

题。对于线性约束最小方差波束形成器，对角加载法用于解决小快拍下数据协方差矩阵

存在误差导致算法性能损失问题；基于特征空间投影的方法用于解决估计期望信号导向

向量失配导致的算法性能损失问题；基于联合稳健的特征空间投影算法结合前两种稳健

算法的优势，同时解决协方差矩阵存在误差及估计期望信号导向向量存在误差导致的算

法性能损失问题，并可以实现在小快拍下，仍具有较好的输出信干噪比，在信号角度误

差在1.4内，输出信干噪比不受角度差的影响。仿真和海试数据验证了给出的稳健算

法具有强干扰抑制并对弱目标测向的性能。

针对海洋环境噪声的高斯性特点，结合四阶累积量算法理论上可以完全消除高斯噪

声的优点，提出了基于四阶累积量的稳健干扰抑制算法，仿真和海试数据均对比了稳健

干扰抑制算法及基于四阶累积量的干扰抑制算法，验证了基于四阶累积量的稳健干扰抑

制算法不仅保留了稳健干扰抑制算法改善在误差存在时干扰抑制算法性能下降的性能

优势，并且可以降低背景噪声，具有更好的强干扰抑制和弱目标估计性能。

关键词：强干扰；干扰抑制；稳健性；零点约束波束形成；四阶累积量

声纳阵列的强干扰抑制技术研究

ABSTRACT

Withthedevelopmentofvibrationandnoisereductiontechnology,theradiationnoiseof

underwatervehicleisobviouslyreduced.IntheMarineenvironmentnoise,thedetectionof

underwatervehiclesisoftenaffectedbyfarfieldstronginterferencesuchassurfaceshipsor

fishingboats,sothatthetargetradiationnoiseisoftensubmergedbystronginterference.

Therefore,howtosuppressstronginterferencesignalsandrealizethedetectionofweaktarget

signalshasbecomeanurgentresearchproblemtobesolved.Thispapermainlystudiesthe

stronginterferencesuppressionalgorithmbasedonnullconstraintbeamformingandrobust

nullconstraintbeamforming,andcombinesthefourth-ordercumulanttoimprovethe

performanceofweaktargetestimation.

Th