水下光纤阵列的对角线抑制最小方差无失真响应提升技术

本文探讨的是水下光纤声阵列中的一种新型信号处理方法——基于对角线抑制的最小方差无失真响应(MVDR)技术。在现代海洋声学系统中，高精度的光纤声阵列安装有助于保持阵列流形的稳定，这对于目标检测和定位至关重要。通常，水下目标的运动速度较慢，使得通过延长观测时间可以精确估计协方差矩阵，但有限的孔径、较低的信噪比（SNR）和强烈的干扰限制了传统的处理方式在方位角（DOA）估计方面的性能。 传统上，为了提高分辨率，信号处理往往依赖于延长观察时间以积累足够的信息。然而，这在实际应用中受到诸多限制。因此，作者提出了一种创新的方法，即利用DR技术来拒绝协方差矩阵中的主要对角线元素。DR的核心理念在于通过减少对角线噪声的影响，优化阵列权重分配，使信号处理更加专注于干扰抑制，从而显著提升分辨率和DOA估计的精度。 作者通过理论分析和数值模拟展示了DR-MVDR算法在无限快照和有限快照场景下的优越性。他们以一个具有八个半波长间隔的线性阵列为示例，对比了DR-MVDR与标准MVDR在不同SNR和快照数量下的性能。结果显示，当协方差矩阵能够准确估计时，DR技术显著提高了声阵列的DOA估计精度，特别是在SNR较低的条件下，其优势更为明显。 此外，文中假设空间滤波器与接收SINR的测量之间存在独立性，这是设计DR-MVDR算法的一个关键假设。通过抑制对角线噪声，算法确保了输出信号的最优拒绝系数，从而提升了整体的信号与干扰及噪声比（SINR），这对于复杂水下环境中的有效通信和目标识别至关重要。 总结来说，这项研究为光纤声阵列在水下声学信号处理中提供了新的解决方案，特别是在解决小孔径、低SNR和强干扰带来的挑战方面，为提高水下定位和成像能力开辟了新的路径。通过DR-MVDR技术，研究人员有望在实际应用中实现更高效的水下声学信号解析。