Page 21 - 《应用声学》2020年第5期

第 39 卷 第 5 期 张蒙等： 基于动态阈值匹配追踪的主动声呐直达波抑制方法 663

复计算接收信号与拷贝信号的互相关矩阵，运算量
1 直达波干扰重构抵消方法
巨大，算法收敛速度慢。
为 了 提 升 收 敛 速 度， 所 提 出 的 IHT 算 法、
本节利用浅海水声信道的模型，说明通过测量
StOMP 等改进算法，需要信号有足够的带宽，保
直达波信道响应，进行信号波形重构的原理。分析
证较高的时延精度，才能有较好的重构效果。在低
采用传统 OMP算法和StOMP算法的局限性，介绍
频主动声呐中，信号的带宽有限，限制了这类改进算
所提出的 DTMP算法的原理，以及该算法在直达波
法的应用。下面通过理论与算例简要分析带宽有限
抑制中的应用。
的低频信号限制上述算法应用效果的原因。带限信
1.1 水声信道模型及直达波波形重构
号的带宽为B，载频为f c ，该频带内的信道响应可以
直达波的传播信道可以采用抽头延迟线模型 表示为
描述，信道的脉冲响应为 M
∑ sin(πB(t − τ m ))
M c B (t) = a m sin(2πf c t). (3)
∑ πB(t − τ m )
c(t) = a m δ(t − τ m ), (1) m=1
m=1 式 (1) 描述的信道冲击响应与式 (3) 描述的频带内
sinc函数近似响应的包络如图 2所示。
式 (1) 中，m 表示路径的序号，共有 M 条路径，τ m
表示第 m 条路径的时延，a m 表示相应路径的响应 从式 (3) 描述的带通信道响应以及图 2 可以看
强度。 出，带宽有限信号进行匹配滤波或脉冲压缩处理后，
如果主动探测中采用的带限信号为 s(t)，经过
浅海声信道后的直达波可以表示为 6
η᥋фѤ־ऄ
5 sincѦ஝ᤃͫ
r(t) = s(t) ⊙ c(t) + w(t)
4
M
∑
= a m s(t − τ m ) + w(t), (2) ूए 3
m=1
2
式 (2) 中的符号 ⊙ 表示卷积运算，w(t) 表示背景
1
噪声。
式(2) 表明，信噪比足够高的情形下，通过测量 0 0.1 0.2 0.3
0
信道响应 c(t) 并与发射的波形 s(t) 卷积，可以近似 ௑ण/s
重构直达波波形，接收信号与重构波形相消，即可抑 图 2 信道冲击响应与频带内近似响应
制直达波干扰，该过程的原理框图如图1所示。 Fig. 2 The channel impulse response and its re-
sponse in-band
ଌஆηՂ
ᄰ᣺ฉ ࣰ੸ η᥋ͥ η᥋ ᄰ᣺ฉ ᧘౞ฉॎ - 6
ೝ฾٨ ฉॎ ᝠ٨ ־ऄ ᧘౞ η᥋־ऄӊፏ
ૂ᠅ηՂ ᣥѣ 5 StOMPӭ൓ͥᝠϙ
OMPӭ൓ͥᝠϙ
4
图 1 直达波波形重构抵消方法原理框图
Fig. 1 Schematic diagram of DBS based on wave- ूए 3
form reconstruction 2

在主动声呐中，发射信号的波形s(t) 是已知的， 1
并且可以利用已知的发射信号波形信息，测量信道 0
0 0.1 0.2
响应。由于水声信道具有稀疏性，信道估计器一般 ௑ण/s
采用压缩感知类算法实现 [14] 。传统的OMP算法在 图 3 OMP 与 StOMP 单次信道估计对比示意图
信道估计中具有较高的精度，但是该算法每次迭代 Fig. 3 Schematic diagram of channel estimation

匹配一个最大响应值，在信道稀疏度较高时，需要反 (single iteration) by OMP and StOMP