基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法及系统。本发明专利技术的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，包括以下步骤：S1、发射多波束测深声呐波束，接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的待检测信号；S2、通过VI‑CFAR对待检测信号进行预检测，以获取待检测信号中幅度大于第一阈值的回波时间区间；S3、依次获取连续的回波时间区间的时间间隔，当时间间隔小于第二阈值时，合并回波时间区间，以最终得到探测目标的完整回波时间区间；S4、通过底检测法获取探测目标的精确位置。实施本发明专利技术能够提高检测有效性和稳定性，且能够实现多目标的精确探测。

Multi-Beam Sonar Sounding Method and System Based on CFAR Detection

The invention relates to a multi-beam sonar sounding method and system based on CFAR detection. The multi-beam sonar sounding method based on CFAR detection includes the following steps: S1, transmitting multi-beam sonar beams, receiving the undetected signal including noise signal and target echo signal; S2, pre-detecting the detected signal through VI_CFAR to obtain the echo time interval whose amplitude is greater than the first threshold in the undetected signal; Secondly, the time interval of continuous echo time interval is acquired. When the time interval is less than the second threshold, the echo time interval is merged to obtain the complete echo time interval of the detected target. S4. Accurate position of the detected target is obtained by bottom detection method. The implementation of the invention can improve the detection effectiveness and stability, and can realize the accurate detection of multiple targets.

【技术实现步骤摘要】
基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法及系统
本专利技术涉及多波束声呐测深
，更具体地说，涉及一种基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法及系统。
技术介绍
多波束测深声呐广泛使用Mills交叉布阵技术，通过发射和接收波束形成技术完成多个方向波束信号的采集。并通过底检测算法，可一次测量几十至上百个深度值，被广泛应用于水下地形的测绘。底检测算法是检测与估计的联动过程，检测是确定接收回波信号中海底是否存在，估计是检测结果的基础上准确估计海底地形的到达时间TOA和到达角度DOA，并结合已知声速确定待检测海底地形深度。现如今，传统的底检测技术，如WMT、能量中心收敛法、分裂子阵法和多子阵法等，通常只能在水体目标和海底地形中二则一检测，不能满足复杂海洋环境下的测绘需求。为了保证多波束测深声呐可靠底检测能力的基础上，提高其对水体目标位置的检测能力，可在底检测之前增加预检测环节，预先获取水体目标和海底的回波区间，之后通过底检测算法同时获取准确的水体目标位置和海底地形深度。现有基于固定阈值的预检测方法，受不均匀背景噪声的影响，检测稳定性和有效性有待提升。CFAR(ConstantFalseAlarmRate，恒虚警率)检测器基于背景噪声估计单元计算检测阈值，阈值随背景起伏自适应调整，保持了恒定的虚警概率，广泛应用于雷达和声呐信号检测。现有的CFAR检测方法，如单元平均CFAR(CA-CFAR)检测器、有序统计CFAR(OS-CFAR)检测器和自动删除平均CFAR(CCA-CFAR)检测器等，通常在一类特定的环境下有着较优的检测性能，而在其余环境下存在较大的检测损失。此外，由于多波束测深声呐回波的起伏和展宽，目标回波的检测结果可能是离散的，不能有效用于多波束测深声呐底检测算法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述部分技术缺陷，提供一种基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，包括以下步骤：S1、发射多波束测深声呐波束，接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的待检测信号；S2、通过VI-CFAR对所述待检测信号进行预检测，以获取所述待检测信号中幅度大于第一阈值的回波时间区间；S3、依次获取连续的回波时间区间的时间间隔，当所述时间间隔小于第二阈值时，合并所述回波时间区间，以最终得到所述探测目标的完整回波时间区间；S4、通过底检测法获取所述探测目标的精确位置。优选地，所述探测目标包括多个探测目标，所述第二阈值包括与所述多个探测目标分别对应的多个第二阈值；在所述步骤S3中，所述合并所述回波时间区间以得到所述探测目标的完整回波时间区间包括：根据所述多个第二阈值分别得到所述多个探测目标对应的完整回波时间区间。优选地，所述方法还包括：S3-1、获取所述探测目标的波束脚印，以获取所述探测目标的预判时间宽度，并根据所述预判时间宽度获取所述第二阈值。优选地，所述预判时间宽度的计算方法为：其中，θ为所述声呐波束的入射角度，t为所述声呐波束的往返时间，Θ为所述声呐波束的-3dB波束宽度。优选地，所述获取所述探测目标的波束脚印包括：获取所述探测目标在连续的两个回波时间区间对应的波束脚印。优选地，在所述步骤S1中，所述接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的待检测信号包括：接收所述噪声信号和待测目标的目标回波信号经过接收波束形成并检波，以得到所述待检测信号。优选地，在所述步骤S2中，所述通过VI-CFAR对所述待检测信号进行预检测包括：获取检测滑窗内的变异性指数VI，根据所述变异性指数VI判断所述待测目标是否为均匀环境；当为均匀环境时，通过CA-CFAR对所述待检测信号进行预检测；当为非均匀环境时，通过CCA-CFAR对所述待检测信号进行预检测。优选地，所述获取检测滑窗内的变异性指数VI包括：分别获取所述检测滑窗的前沿滑窗和后沿滑窗的变异性指数VI；所述方法还包括：分别比较所述变异性指数VI与第三设定阈值，以确认所述前沿滑窗和后沿滑窗是否为均匀滑窗；当所述前沿滑窗和后沿滑窗中任意一个为均匀滑窗时，基于所述均匀滑窗通过所述CA-CFAR对所述待检测信号进行预检测；当所述前沿滑窗和后沿滑窗中均为均匀滑窗时，基于整个滑窗通过所述CCA-CFAR对所述待检测信号进行预检测；当所述前沿滑窗和后沿滑窗均为非均匀滑窗时，基于整个滑窗通过所述CCA-CFAR对所述待检测信号进行预检测。优选地，在所述步骤S4中，所述底检测法包括WMT、分裂子阵法和多子阵法中任意一种。本专利技术还构造一种基于恒虚警检测的多波束声呐测深装置，包括：声呐发射单元，用于发射多波束测深声呐波束；声呐接收单元，用于接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的待检测信号；信号处理单元，用于根据上面任一项的方法对所述待检测信号进行处理。实施本专利技术的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法及系统，具有以下有益效果：提高检测有效性和稳定性，且能够实现多目标的精确探测。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法的一实施例的程序流程图；图2是回波时间区间示意图；图3是水体目标和海底的回波时间区间示意图；图4是本专利技术基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法的另一实施例的程序流程图；图5是基于波束脚印照射示意图；图6是本专利技术与现有技术检测结果对比图；图7是本专利技术检测结果示意图；图8是本专利技术基于恒虚警检测的多波束声呐测深系统一实施例的逻辑框图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，在本专利技术的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法一实施例中，包括以下步骤：S1、发射多波束测深声呐波束，接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的待检测信号；具体的，在水下地形探测时，通过发射阵发射多波束测深声呐波束，该声呐波束经过海水的折射和海底或者水中的中间物反射后，被接收阵接收到，该接收到的信号经波束形成和检波后将被用作待检测信号进行检测，这里的待检测信号在包含经过待测目标反射后的目标回波信号的同时也包含由于环境影响产生的噪声信号。S2、通过VI-CFAR对待检测信号进行预检测，以获取待检测信号中幅度大于第一阈值的回波时间区间；具体的，在VI-CFAR预检测过程中，根据VI-CFAR的阈值即第一阈值将待检测信号中幅度大于第一阈值的回波时间区间提取出来，得到跟待测目标相关的若干离散的回波时间区间。如图2所示，得到两个时间区间(t1，t2)和(t3，t4)。S3、依次获取连续的回波时间区间的时间间隔，当时间间隔小于第二阈值时，合并回波时间区间，以最终得到探测目标的完整回波时间区间；具体的，比较相邻的回波时间区间的时间间隔，当两个回波时间区间的时间间隔比较小，满足一定要求，即满足第二阈值时，可以认为这两个回波时间区间来自同一个待测目标，可以将两个回波时间区间进行合并。在这里，进行连续的比较，将满足要求的回波时间区间均进行合并，这样可以得到待测目标的完整回波区间。这里相邻的回波时间区间的时间间隔等于或者超过第二阈值时，则可以认为这两个回波时间区间不是来自同一个待测目标，则对该两个回波时间区间分别处理。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、发射多波束测深声呐波束，接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的待检测信号；S2、通过VI‑CFAR对所述待检测信号进行预检测，以获取所述待检测信号中幅度大于第一阈值的回波时间区间；S3、依次获取连续的回波时间区间的时间间隔，当所述时间间隔小于第二阈值时，合并所述回波时间区间，以最终得到所述探测目标的完整回波时间区间；S4、通过底检测法获取所述探测目标的精确位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、发射多波束测深声呐波束，接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的待检测信号；S2、通过VI-CFAR对所述待检测信号进行预检测，以获取所述待检测信号中幅度大于第一阈值的回波时间区间；S3、依次获取连续的回波时间区间的时间间隔，当所述时间间隔小于第二阈值时，合并所述回波时间区间，以最终得到所述探测目标的完整回波时间区间；S4、通过底检测法获取所述探测目标的精确位置。2.根据权利要求1所述的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，其特征在于，所述探测目标包括多个探测目标，所述第二阈值包括与所述多个探测目标分别对应的多个第二阈值；在所述步骤S3中，所述合并所述回波时间区间以得到所述探测目标的完整回波时间区间包括：根据所述多个第二阈值分别得到所述多个探测目标对应的完整回波时间区间。3.根据权利要求1所述的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，其特征在于，所述方法还包括：S3-1、获取所述探测目标的波束脚印，以获取所述探测目标的预判时间宽度，并根据所述预判时间宽度获取所述第二阈值。4.根据权利要求3所述的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，其特征在于，所述预判时间宽度的计算方法为：其中，θ为所述声呐波束的入射角度，t为所述声呐波束的往返时间，Θ为所述声呐波束的-3dB波束宽度。5.根据权利要求3所述的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，其特征在于，所述获取所述探测目标的波束脚印包括：获取所述探测目标在连续的两个回波时间区间对应的波束脚印。6.根据权利要求1所述的基于恒虚警检测的多波束声呐测深方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述接收包括噪声信号和待测目标的目标回波信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晓剑，周天，邓周荣，李东洋，王雪斌，张万远，刘义勇，徐超，林影炼，杜伟东，徐志毅，蒲定，郝伟修，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，中海石油深海开发有限公司，哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11