近年来,关于主动目标的检测与分类问题,特别是在浅海、近海领域用主动声纳对悬浮、沉底或掩埋目标进行检测、定位与分类,一直受到极大的关注。在浅海波导环境中,对于小目标探测来说,除受到海洋环境噪声、舰船噪声等背景噪声的干扰外,主要干扰背景是混响,特别是海底混响干扰严重。因此,如何在强大混响背景下提取目标回波用于目标的探测和定位是主动声纳的主要任务,这也是一个逆滤波的过程:利用已知输出和系统特性来求解未知的输入。如果能找到一个合适的传播模型来表征声场,那么利用解卷积的方法可以简单地恢复任何目标信号,实现空—时逆滤波器。然而在复杂多变的海洋环境中,虽然可以找到合适的传播模型来精确地表征声场,但是由于海洋环境的不确实,导致预测声场与实际声场失配而使滤波性能下降。 在波动方程的时反不变性和空间互易性原理的基础上得出了时反的聚焦特性。当一个声源发射的信号,被一个垂直阵接收后,将接收到的信号按先到后发、后到先发的顺序发射出去,则再次接收的信号在声源处聚焦,这就是时反的聚焦性。时间反转处理(TRP)是利用这种聚焦特性的信号处理方法,它在水声通信、主动声纳检测这类脉冲—回波型领域的应用研究越来越受到重视。时反处理技术在主动探测中的应用主要是抑制混响,增强信混比。与基于传播模型为平面波或球面波的假设条件下的最佳空—时匹配滤波以及需要传播模型表征声场传播的模基匹配滤波和匹配场处理不同,时反处理技术把“海洋自身”而不是“海洋模型”引入信号处理,既可以使其在复杂静态波导中保持最佳空—时匹配滤波,又可以克服模基匹配滤波和匹配场处理在这种波导中的失配灵敏性,而保持了良好的宽容性。 本文以水下小目标探测为研究背景,以时反聚焦特性为依据,分别从理论分析、计算机模拟和波导实验论证了用时反处理实现水下小目标探测的空—时逆滤波的可能性和可行性。首先研究了悬浮、沉底目标的时反聚焦和聚焦特性。接着,通过分析时反算子的奇异值分布情况来探讨时间反转处理和空—时匹配逆滤波的关系,并提出了一种自适应的时反处理方法来实现空—时逆滤波。最后,进行了波导实验研究,实验结果表明用这种方法对悬浮、沉底小目标进行定位可以得到2～4dB的信混比提高。 本文的创新点主要有: (1)通过波导实验验证了用时反处理可以实现空—时逆滤波。本文进行了用时反处理实现空—时逆滤波的可行性研究。通过理论分析、模拟仿真和实验室波导实验证