環(huán)境參數(shù)在復(fù)雜淺海環(huán)境中通常是不確定的,從而制約了匹配模型類高性能方法的檢測性能。對于水下目標(biāo)檢測問題,需要更寬容的檢測方法。在以往的研究中,穩(wěn)健模態(tài)子空間檢測方法具有兼顧高性能和穩(wěn)健性的特點,但該檢測器適用于垂直陣,性能受淺海深度的限制,因此考慮適用于水平陣的寬容檢測方法。子空間檢測方法是一類具有一定穩(wěn)健性的檢測方法,其性能取決于信號子空間的估計。通過不確定波數(shù)重采樣的方式將不確定環(huán)境和未知目標(biāo)位置參數(shù)引入水平陣信息觀測矩陣,得到了不確定環(huán)境中信號子空間的穩(wěn)健估計方法。結(jié)合信號子空間的穩(wěn)健估計提出了一種對不確定參數(shù)具有寬容性的子空間檢測器,通過淺海不確定環(huán)境中的仿真檢驗,證明該檢測器具有較高的平均檢測能力同時對不確定參數(shù)有一定的寬容性。 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2020,38(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

聲源、陣列參數(shù)示意圖

Ea表示某一個環(huán)境參數(shù)條件下水平陣接收到的聲源輻射信號。對于某一個已知參數(shù)不確定范圍的不確定海洋環(huán)境,如圖2所示,當(dāng)遍歷所有可能的海洋環(huán)境和聲源位置組合,對應(yīng)Ea向子空間W投影的REL均不超過某一極小值δ時,表明Us張成的子空間作為信號子空間的估計具有穩(wěn)健性。在實際應(yīng)用中,當(dāng)δ<0.01時,即任意參數(shù)下陣列接收聲源輻射信號的REL均小于1%,此時可以認(rèn)為估計的子空間W在所研究環(huán)境中信號子空間的穩(wěn)健估計。2.2 穩(wěn)健子空間檢測器

選取不確定波數(shù)采樣間隔為0.02,固定陣列信噪比(RSN)為10 dB,對環(huán)境和目標(biāo)聲源位置不確定參數(shù)集1 000次蒙特卡洛采樣,給出1 000個不同參數(shù)實現(xiàn)中HRSD的ROC曲線,如圖5a)所示,其中灰色曲線對應(yīng)1 000個不同參數(shù)實現(xiàn)的ROC曲線,藍色曲線為平均ROC曲線。固定虛警概率Pf=0.1,給出1 000個不同參數(shù)實現(xiàn)中HRSD的Pd-RSN曲線如圖5b)所示,同樣的灰色曲線對應(yīng)1 000個不同參數(shù)實現(xiàn),藍色曲線為平均曲線。由圖5可以看出,1 000次不同參數(shù)實現(xiàn)中的ROC曲線和Pd-RSN曲線與各自的平均曲線非常接近。這一結(jié)果表明,在同一陣列信噪比下,不同環(huán)境參數(shù)和目標(biāo)位置參數(shù)實現(xiàn)中,HRSD均具有較高的穩(wěn)健性。將圖5與REL仿真結(jié)果對比,不難看出,HRSD的穩(wěn)健性來源于信號子空間的穩(wěn)健估計,與理論分析一致。此外,由圖5b)可以看出,當(dāng)陣列信噪比小于0 dB時,此時HRSD的檢測概率Pd趨近虛警概率Pf,各參數(shù)實現(xiàn)下的Pd-RSN曲線范圍增大,HRSD穩(wěn)健性下降,這意味著此時HRSD對陣列信噪比有一定的要求,陣列信噪比太低時檢測器失效。為了更進一步地闡述HRSD的檢測性能,需要將HRSD和其他寬容方法做橫向?qū)Ρ?因為在以往的研究中,MC-GLRD具有在不確定環(huán)境中接近最優(yōu)的平均檢測性能[8],ED具有最穩(wěn)健的檢測性能[9],所以選取MC-GLRD和ED作為HRSD的對比方法。首先,對三者的平均檢測性能進行比較。仿真條件不變,給出1 000個不同參數(shù)實現(xiàn)中HRSD、MC-GLRD、ED的平均ROC曲線和平均Pd-RSN曲線如圖6所示。在仿真中,MC-GLRD的不確定參數(shù)采樣數(shù)為陣元數(shù)的2倍,即2N=200。由圖6中可以看出,HRSD的平均檢測能力遠(yuǎn)高于能量檢測器,從圖6b)可以看出,HRSD在不同信噪比條件下僅略低于MC-GLRD。這一結(jié)果表明了在一定條件下,HRSD具有較高的檢測能力。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不確定海洋環(huán)境中基于蒙特卡羅優(yōu)化的穩(wěn)健檢測方法[J]. 劉宗偉,孫超,呂連港.  聲學(xué)學(xué)報. 2015(05)
[2]不確定海洋聲場中的檢測性能損失環(huán)境敏感度度量[J]. 劉宗偉,孫超,杜金燕.  物理學(xué)報. 2013(06)
[3]不確實海洋中最小方差匹配場波束形成對環(huán)境參量失配的靈敏性分析[J]. 趙航芳,李建龍,宮先儀.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2011(02)
[4]淺海中水平線列陣深度對匹配場定位性能的影響[J]. 張同偉,楊坤德,馬遠(yuǎn)良,黎雪剛.  物理學(xué)報. 2010(05)



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