Page 20 - 《应用声学》2020年第5期
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综上所述，复杂时变的水声信道和主动声呐中
0 引言 直达波与回波间的强相干性，是直达波抑制技术所
面临的主要困难。现有的直达波抑制方法针对以上
主动声呐系统中，为了进一步提高探测性能，通
问题进行了一系列的设计和改进工作，但是仍然存
常采用长脉冲信号获得时间累积增益。但是，在多
在一些方法上的不足或者应用条件受限的情形。
基地主动声呐中，回波传播损失较直达波更严重，两
考虑到主动声呐中，发射波形信息是已知的，
者的能量传播损失相差数十分贝。延长探测脉冲宽
可以利用已知的发射信号波形设计匹配滤波器直
度会带来更为严重的直达波干扰，从而导致更大的
接测量信道响应，然后利用信道响应重构直达波的
探测盲区，该问题需要通过直达波抑制技术 (Direct
波形，与接收信号中的直达波相减抵消，这样可以避
blast suppress, DBS)解决。直达波抑制问题是双基
免回波等有用信号被抵消。因此，直达波抑制问题
地声呐探测中的关键技术难题之一 [1−2] ，已有诸多
可以转化为信道估计问题进行解决。
学者针对该问题进行了研究。
信道估计技术主要应用在无线通信中来消除
现有的直达波抑制方法一类是从波束旁瓣控
码间串扰或获取分集增益。已有研究表明水声信道
制的角度进行的。文献 [3] 根据波束旁瓣控制技术，
为稀疏信道，采用贪婪算法如匹配追踪 (Matching
提出了一种基于高阶零点约束的直达波抑制方法，
pursuit, MP)、正交匹配追踪 (Orthogonal match-
该方法扩展了静态权向量中的零点宽度，提高了干
ing pursuit, OMP) 等估计信道的稀疏结构，可以
扰抑制的稳健性，但是由于声波在浅海信道传播时 获得较高的估计精度 [12−14] 。常规的匹配追踪类
各号简正波群速度存在较大差异，很难通过零点约
算法在每一迭代中处理一个响应值，在信道稀疏
束有效抑制直达波干扰。波束旁瓣对消技术 [4−7] 通 度较高时 (稀疏度 >64)，需要反复计算接收信号与
过主辅通道自适应对消抑制直达波干扰。该方法选 拷贝信号的互相关矩阵，这造成算法的收敛速度
取较近的接收器作为主辅通道，这样直达波信号可 慢。为了提高跟踪效率，有学者提出了循环硬门限
以认为经历了相同的信道传播，信道影响相互抵消， 法(Iterative hard thresholding, IHT) [15] 、分步匹配
因此，旁瓣对消法对信道引起的信号畸变不敏感。 追踪算法 (Stagewise orthogonal matching pursuit,
但由于声呐中直达波信号与回波信号的相干性，抑 StOMP) [16] 等算法，可以根据设定阈值，一次跟踪
制直达波的同时会抵消回波等有用信息，影响声呐 多个响应值。但是 IHT、StOMP等算法需要信号具
检测性能。文献 [8] 中提出了利用强干扰方位输出 备足够的带宽，来保证时延测量精度，一般用以处理
信号作为参考信号进行对消的后置干扰抑制方法， 高频信号。而低频主动声呐探测信号的带宽有限，
在提高干扰抑制效果的同时避免了回波等有用信 这导致了这类改进算法在估计响应值时破坏了信
息的损失，但是该算法需要先对干扰进行测向；另外 道的稀疏性，降低了重构精度。为了满足实际应用
水声信道中，信号的纵向相关性下降较快 [9] ，为了 需求，需要重新设计信道估计算法在提升重构效率
保证算法性能，需要对阵元接收信号的相关性进行 的同时兼顾重构精度。
补偿。 为了抑制双基地声呐中的直达波干扰，本文研
另有一类方法是通过设计信号波形进行直达 究了通过测量信道响应重构直达波进行抵消的方
波抑制。代表性的方法是文献 [10] 提出的声屏蔽技 法，并提出了一种通过动态因子控制阈值的匹配追
术抑制直达波，可以在消除直达波的同时，有效保留 踪算法，称为动态阈值匹配追踪 (Dynamic thresh-
回波信息，具体方法是根据测量的信道设计波形，使 olding matching pursuit, DTMP) 算法，提高了重
信号在接收点处形成零点，达到抑制直达波的目的。 构波形抑制干扰的效率。与传统的 OMP 算法相比，
这种方法适合固定的声呐系统，并且由于水文环境 该算法可以在有限的迭代次数中快速收敛，减小运
的变化，固定的水声信道也会存在时变，影响了这一 算时间；与 StOMP 算法相比，在信号带宽有限的应
方法的应用效果。文献 [11] 在声屏蔽基础上引入了 用情形下，保证估计信道响应精度，避免过度重构导
旁瓣消除技术进一步提高直达波抑制效果，但存在 致回波波形被破坏的情形。仿真与海试处理结果都
与文献[10]相同的应用局限性。 证明了该算法快速有效，具有实用价值。
