一种基于DOA和TOA的水声脉冲信号被动测距方法

罗浚 柏祥华 安良

（1.东南大学水声信号处理教育部重点实验室，南京，210096）

（2.海装上海局驻南京地区第一军事代表室，南京，210000）

水声被动测距是水声信号处理和水声对抗领域的难点之一[1]，面临着信号形式、频率、DOA、时间等先验信息缺失问题。尤其是水声脉冲信号的被动定位，由于水声脉冲信号是间歇式发射的非合作水声信号，无法通过长时间的积分获得时间增益。信号占空比较大，导致所获取的数据量相对于辐射噪声等信号较少，这也加大了脉冲信号被动测距的难度。目前，未知参量脉冲信号被动测距有三类方法：三元阵测距、匹配场处理和目标运动分析（Target Motion Analysis，TMA）[2]。对于三元阵测距，水声信道的复杂性导致传播时延起伏，实现多水听器布阵也较为困难。匹配场处理的测距性能对海洋声学参数的预估精度要求很高，如果参数失配则无法实现定位。因此，在已知系统的状态模型与观测模型的前提下，采用TMA是较为有效的被动定位方法[3]。

经典的TMA被动定位方法分为纯方位TMA、方位-信号到达时间差TMA等。前者需要观测站机动，因此具有很大的局限性[4]；后者充分利用DOA与 TOA作为观测量建立模型，使得该方法不需要观测站机动。在非线性系统中，经常使用EKF方法进行跟踪，通过保留系统泰勒展开式的一阶项、省略高阶项的方法得到近似线性化的系统，该方法必定会产生误差，且误差会随着样本数量累积，可能会导致滤波器发散[5]。基于Unscented变换的UKF方法没有忽略系统高阶项，而是通过一系列的采样点获取随机变量的均值和方差[6]。……