Adaptive Algorithms for Detection and Parameter Estimation of Weak Signals by a Passive Sonar in Presence of a Strong Interference

G. S. Malyshkin; V. S. Melkanovich

Adaptive Algorithms for Detection and Parameter Estimation of Weak Signals by a Passive Sonar in Presence of a Strong Interference

research article Pages: 32-45

¹ д.т.н., проф., вед. научн. сотрудник, «ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
² к.т.н., начальник научно-исследовательского сектора, ОАО «Концерн «Океанприбор»

Keywords: passive sonar detections and DOA estimation of weak signals strong interference main lobe adaptive algo-rithms modification of known algorithms

Abstract

Modifications of adaptive algorithms for resolution of weak signals (SNR <1) with a slight difference of arrival directions caused by an interference for a passive sonar are derived. Adaptive algorithms are based on expression of likelihood function when signal is given by the plane wavefront with an unknown spectrum. Normalized modifications of the expression allowing resolving of weak signals in the main lobe can be obtained by applying it to known algorithms. Normalized modifications of Barlet, Capon, Borgoti - Lagunas, linear prediction algorithms, Jonson, MUSIC, minimum norm algorithms and projection algorithms are presented. The possibility of detection and DOA estimation of weak signals in the main interference lobe is proved by computer si-mulation results.

How to cite

Малышкин Г.С., Мельканович В.С. Адаптивные алгоритмы для обнаружения и оценки параметров слабых сигналов в режиме шумопеленгования при наличии сильных мешающих источников звука // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 12. С. 32–45.

References

Capon J. High Resolution Frequence Wavenumber Spectral Analasis // Proc. IEEE. V. 57. Aug. 1969. P. 1408 - 1418.
Jonson D. H.., De Craf S. R. Improving the Resolution of Bearing in Passive Sonar Array by Eigenvalue Analysis // IEEE Trans on Acoustic, Speech and Signal Processing. V. ASSP-30. Aug. 1982.
Shmidt R.O. Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation // IEEE trans. V. AP-34. No. 3. March 1986.
Bargotti G.V., Kaplan L.J. Superresolution of Uncorrelated Interference Sources by Using Adaptive Array Techniques // IEEE Trans. Antenna and Propag. 1979. V. 27. No. 6. P. 842 - 845.
Burg J.P. Maximum Entropy Spectral Analysis. Pros. 37. Meeting of the Society of Exploration Geophysics, Oklahoma Citi, Okla. Oct. 1967.
Gabriel W.F. Spectral Analysis and Adaptive Superresolution Technique // Proc. IEEE. 1980. V. 68. No. 6. P. 654 - 666.
Журавлев А.К., Лукошкин А.П., Поддубный С.С. Обработка сигналов в адаптивных антенных решетках. Л.: ЛГУ. 1983. С. 240.
Ширман Л.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов. радио. 1974.
Черемисин О.П., Ратынский М.В, Котов А.А., Пушин А.Е. Эффективный проекционный алгоритм адаптивной пространственной фильтрации // Радио и электроника. 1994. Т. 39. № 2. С. 259 - 263.
Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003. С. 199.
Kumaresan R., Tufs D.W. Estimating the Angles of Arrival of Multiple Plane Waves // IEEE Trans. Aerospace and Electron. Syst. 1983. V. 19. № 1. P. 134 - 139.
Nickel V. Angular Superresolution with Phased Array Radar: a Review of Algorithms and Operational Constraints // IEEE Proc., Pt. F. 1987. V. 134. № 1. P. 53 - 59.
Мюнье Ж. Делиль Ж.Ю. Пространственный анализ в пассивных локационных системах с помощью адаптивных методов // ТИИЭР. 1987. Т. 75. № 11. С. 21 - 37.
Леховицкий Д.И., Атаманский Д.В., Кириллов Т. Г. Разновидности «сверхразрешающих» анализаторов пространственно-временного спектра случайных сигналов на основе обеляющих адаптивных решетчатых фильтров // Антенны. 2000. Вып. 2(45). С. 40 - 54.
Леховицкий Д.И., Атаманский Д.В., Джус В.В., Жуга Г.А. Комбинированные пеленгаторы точечных источников шумовых излучений на основе адаптивных решетчатых фильтров // Прикладная радиоэлектроника. 2006. Т. 5. № 3. С. 306 - 315.
Гершман А.Б. Комбинированная пеленгация с совместным использованием высокоразрешающих пеленгаторов различного типа // Радио и электроника. 1995. Т. 40. № 6. С.918 - 924.
Караваев В.В., Сазонов В.В. Статистическая теория пассивной локации. М.: Радио и связь. 1987. С. 240.
Гершман А.Б., Ермолаев В.Т. Взаимосвязь спектральных оценок максимальной энтропии и «теплового» шума // Радио и электроника. 1988. № 9. С. 39.
Krim H. and Viberg M. Two Decades of Array Signal Processing Research // IEEE Signal Processing Magazine. 1996. No. 7.P. 67 - 95.
Марпл - мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир. 1990.
Гейбриел У. Спектральный анализ и методы сверхразрешения с использованием адаптивных антенных решеток // ТИИЭР. 1980. № 6. С. 19 - 32.
Малышкин Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обра-
ботки гидроакустических сигналов. Т. 1. Оптимальные методы. СПб.: ГНЦ ЦНИИ «Электроприбор». 2009.
Мельканович В.С. Оптимизация некогерентной обработки данных обзора адаптивного шумопеленгатора на фоне локальных помех // Труды IX Всероссийской конф. «Прикладныетехнологиигидроакустикиигидрофизики». СПб.: Наука. 2008. С.612-615

[1] Capon J. High Resolution Frequence Wavenumber Spectral Analasis // Proc. IEEE. V. 57. Aug. 1969. P. 1408 - 1418.

[2] Jonson D. H.., De Craf S. R. Improving the Resolution of Bearing in Passive Sonar Array by Eigenvalue Analysis // IEEE Trans on Acoustic, Speech and Signal Processing. V. ASSP-30. Aug. 1982.

[3] Shmidt R.O. Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation // IEEE trans. V. AP-34. No. 3. March 1986.

[4] Bargotti G.V., Kaplan L.J. Superresolution of Uncorrelated Interference Sources by Using Adaptive Array Techniques // IEEE Trans. Antenna and Propag. 1979. V. 27. No. 6. P. 842 - 845.

[5] Burg J.P. Maximum Entropy Spectral Analysis. Pros. 37. Meeting of the Society of Exploration Geophysics, Oklahoma Citi, Okla. Oct. 1967.

[6] Gabriel W.F. Spectral Analysis and Adaptive Superresolution Technique // Proc. IEEE. 1980. V. 68. No. 6. P. 654 - 666.

[7] Журавлев А.К., Лукошкин А.П., Поддубный С.С. Обработка сигналов в адаптивных антенных решетках. Л.: ЛГУ. 1983. С. 240.

[8] Ширман Л.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов. радио. 1974.

[9] Черемисин О.П., Ратынский М.В, Котов А.А., Пушин А.Е. Эффективный проекционный алгоритм адаптивной пространственной фильтрации // Радио и электроника. 1994. Т. 39. № 2. С. 259 - 263.

[10] Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003. С. 199.

[11] Kumaresan R., Tufs D.W. Estimating the Angles of Arrival of Multiple Plane Waves // IEEE Trans. Aerospace and Electron. Syst. 1983. V. 19. № 1. P. 134 - 139.

[12] Nickel V. Angular Superresolution with Phased Array Radar: a Review of Algorithms and Operational Constraints // IEEE Proc., Pt. F. 1987. V. 134. № 1. P. 53 - 59.

[13] Мюнье Ж. Делиль Ж.Ю. Пространственный анализ в пассивных локационных системах с помощью адаптивных методов // ТИИЭР. 1987. Т. 75. № 11. С. 21 - 37.

[14] Леховицкий Д.И., Атаманский Д.В., Кириллов Т. Г. Разновидности «сверхразрешающих» анализаторов пространственно-временного спектра случайных сигналов на основе обеляющих адаптивных решетчатых фильтров // Антенны. 2000. Вып. 2(45). С. 40 - 54.

[15] Леховицкий Д.И., Атаманский Д.В., Джус В.В., Жуга Г.А. Комбинированные пеленгаторы точечных источников шумовых излучений на основе адаптивных решетчатых фильтров // Прикладная радиоэлектроника. 2006. Т. 5. № 3. С. 306 - 315.

[16] Гершман А.Б. Комбинированная пеленгация с совместным использованием высокоразрешающих пеленгаторов различного типа // Радио и электроника. 1995. Т. 40. № 6. С.918 - 924.

[17] Караваев В.В., Сазонов В.В. Статистическая теория пассивной локации. М.: Радио и связь. 1987. С. 240.

[18] Гершман А.Б., Ермолаев В.Т. Взаимосвязь спектральных оценок максимальной энтропии и «теплового» шума // Радио и электроника. 1988. № 9. С. 39.

[19] Krim H. and Viberg M. Two Decades of Array Signal Processing Research // IEEE Signal Processing Magazine. 1996. No. 7.P. 67 - 95.

[20] Марпл - мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир. 1990.

[21] Гейбриел У. Спектральный анализ и методы сверхразрешения с использованием адаптивных антенных решеток // ТИИЭР. 1980. № 6. С. 19 - 32.

[22] Малышкин Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обра-
ботки гидроакустических сигналов. Т. 1. Оптимальные методы. СПб.: ГНЦ ЦНИИ «Электроприбор». 2009.

[23] Мельканович В.С. Оптимизация некогерентной обработки данных обзора адаптивного шумопеленгатора на фоне локальных помех // Труды IX Всероссийской конф. «Прикладныетехнологиигидроакустикиигидрофизики». СПб.: Наука. 2008. С.612-615