Page 87 - 《应用声学》2022年第5期

第 41 卷 第 5 期 颜恒平等： 正交多相码连续波主动声呐回波检测算法设计 763

对于信噪比相同的CAS和PAS回波信号，PAS 10 −8 时，检测概率超过 80%。另外，CAS 在信噪比
信号经过匹配滤波处理，CAS 信号经过本论文提出 −17 dB 时的性能介于 PAS 在 −9 dB 和 −10 dB 的
的多通道匹配滤波和多通道非相干积累处理后，处 性能之间。因此，与PAS相比，经过非相干积累处理
理结果如图 6所示(数据截取位置不同，两个峰值分 后，10个子信号的CAS检测性能大约提高8 dB。需
开，保证观察效果)。可以看出，CAS 波形经过非相 要注意的是，本论文只分析了单目标情况，当存在多
干积累后，噪声“波动”变小，有利于目标判决。 目标时，强目标的互相干函数会对弱目标的检测产
生干扰，影响 CAS 的性能。论文提出的算法对多目
1.0
标的检测性能需要进一步研究。
PAS
0.8 CAS 为了验证 CAS 的目标信息更新率，将多通道
非相干积累后的处理结果显示在同一图片中，如
ॆʷӑࣨए 0.4 图 8 所示，10 个通道的非相干积累结果分别用不同
0.6
颜色表示。对于单个通道的处理结果，两个目标峰
值间隔为 2.56 s，即目标更新时间为 CAS 波形长度
0.2
或发射周期。但是，相邻通道之间，目标峰值依次
有 0.256 s (子信号的长度) 的延时，这意味着，每隔
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4
t/s 0.256 s，10个通道中的某个通道就会有目标信息更
新，目标信息更新速率提高了10倍。
图 6 CAS 和 PAS 的处理结果对比
1.0
Fig. 6 Comparison of processing results between
0.9
CAS and PAS
0.8 (0)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)
为了进一步验证 CAS 的目标检测能力，使用 0.7
蒙特卡洛统计特性试验方法，分析提出的信号处 0.6
理算法对正交多相码 CAS 波形的检测能力，并与 ᖂаॆᑵᓖ 0.5
0.4
PAS 进行比较。通过对虚警概率和检测概率的统
0.3
计分析，得到两种波形的接收机工作特性 (Receiver 0.2
operating characteristic, ROC) 曲线，如图 7 所示。 0.1
仿真过程中，CAS信噪比设置为−17 dB和−15 dB， 0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
PAS 的信噪比设置为 −10 dB、−9 dB 和 −7 dB，仿 t/s
真中的信噪比均为信号功率与噪声功率的比值。
图 8 多通道非相干积累的输出结果
1.0 Fig. 8 Output results of multi-channel incoherent
integration
0.9
4 结论
0.8
Pd
0.7 为了提高 CAS 波形多普勒分辨力和频谱利用
CAS: -15 dB 率，本文提出一种使用正交多相码波形合成的连续
CAS: -17 dB
0.6 PAS: -7 dB 波信号。论文建立了发射信号和目标回波信号模型，
PAS: -9 dB
PAS: -10 dB
设计了多通道匹配滤波器组完成回波检测。为了进
0.5
10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 一步提高检测性能，提出多通道非相干积累的处理
Pf
方法。通过数值仿真, 分析得到 CAS 波形的多普勒
图 7 CAS 和 PAS 的 ROC 曲线对比 容限为 0.44/T, 满足水下探测的应用需求。通过蒙
Fig. 7 Comparison of ROC curves between CAS
特卡洛法获取并比较 CAS 和 PAS 的 ROC 曲线，在
and PAS
均匀混响背景下检测单目标情况时，经过非相干积
由图 7 可知，CAS 在信噪比 −15 dB 时的检测 累处理后，10 个子信号的 CAS 检测性能比 PAS 提
性能略优于 PAS 在 −7 dB 时的性能，虚警概率为 高约 8 dB。论文给出了 CAS 目标信息更新速率提