系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (10): 2999-3007.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.10.01

• 电子技术 •    

复杂水下环境中的Dual-HFM速度谱优化

扶钰斌1,2, 马晓川1,2,*, 李璇1,2, 孙博昊1,2, 陈筱月1,2, 裴兴园1,2   

  1. 1. 中国科学院声学研究所水下航行器实验室, 北京 100190
    2. 中国科学院大学, 北京 100049
  • 收稿日期:2022-06-16 出版日期:2023-09-25 发布日期:2023-10-11
  • 通讯作者: 马晓川
  • 作者简介:扶钰斌(1998—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为信号与信息处理、参数估计、波形设计等
    马晓川(1969—), 男, 研究员, 博士, 主要研究方向为水声信号处理、水下航行器自主导航与控制、阵列信号处理、模式识别等
    李璇(1983—), 女, 研究员, 博士, 主要研究方向为水声信号处理、多航行器协同、参数估计、水声阵列信号处理等
    孙博昊(1998—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为信号与信息处理、硬件设计等
    陈筱月(1996—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为信号与信息处理、水声阵列信号处理、水声成像等
    裴兴园(1996—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为信号与信息处理、水声阵列信号处理等
  • 基金资助:
    中国科学院声学研究所自主部署“前沿探索”类项目(QYTS202013)

Dual-HFM speed spectrum optimization in complex underwater environments

Yubin FU1,2, Xiaochuan MA1,2,*, Xuan LI1,2, Bohao SUN1,2, Xiaoyue CHEN1,2, Xingyuan PEI1,2   

  1. 1. Laboratory of Autonomous Underwater Vehicles, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
    2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2022-06-16 Online:2023-09-25 Published:2023-10-11
  • Contact: Xiaochuan MA

摘要:

在理想环境下,双双曲调频(dual hyperbolic frequency modulation, Dual-HFM)速度谱估计方法可得到高分辨率的连续多普勒估计结果。然而由多径、双目标环境引起的旁瓣干扰, 削弱了速度谱方法抑制噪声的能力, 影响目标参数估计。针对该方法在多径、双目标等各种复杂水声环境中的应用, 进行了深入的讨论, 推导了多径、双目标造成的速度谱旁瓣位置, 并提出了基于多帧信号的速度谱旁瓣抑制方法, 利用另一维度信号空间中目标回波信息与多径杂波旁瓣的差异性, 抑制了复杂水下环境中的速度谱旁瓣, 并保留了速度谱计算量低的优点。通过数值仿真验证了所提方法的适用性, 为低信噪比、多径、双目标环境下的多普勒估计提供了理论依据。

关键词: 双双曲调频信号, 多普勒估计, 多径效应, 多帧信号, 旁瓣抑制

Abstract:

The dual hyperbolic frequency modulated (Dual-HFM) speed spectrum estimation method pro-vides high-resolution continuous Doppler estimation results under ideal conditions. However, the sidelobe supp-ression caused by the multipath and dual-target environment weakens the ability of the speed spectrum method to suppress noise and affects the target parameter estimation. In this paper, the application of this method in various complex underwater acoustic environments such as multipath and dual-target is discussed in depth, and the position of the speed spectrum sidelobe caused by multipath and dual-target is derived. The speed spectrum sidelobe suppression method based on a multi-frame signal is proposed. It uses the difference between the target echo information and the multipath sidelobe clutter in the signal space of another dimension to suppress the speed spectrum sidelobe in the complex underwater environment, and retains the advantages of low speed spectrum calculation. The applicability of the proposed method is verified by numerical simulation, which provides a theoretical basis for Doppler estimation in low signal-to-noise ratio, multipath and dual-target envi-ronments.

Key words: dual hyperbolic frequency modulation (Dual-HFM), Doppler estimation, multipath effect, multi-frame signal, sidelobe suppression

中图分类号: