一种防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法技术

技术编号:21181958 阅读:29 留言:0更新日期:2019-05-22 13:56
本发明专利技术公开了一种防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法,所述方法包括:(1)、获取水声目标方位历程图;(2)、对所获得的水声目标方位历程图进行奇异值分解,将分解得到的最大奇异值对应的映射空间视为第一子空间;(3)、基于映射到第一子空间中的信息获取水声目标方位信息的主图谱P;(4)、基于水声目标方位信息的主图谱P上的轨迹进行水声目标的自动跟踪。本发明专利技术的跟踪方法能够有效避免对水声信号进行跟踪时的跟踪偏离,提高跟踪准确率。

An Automatic Azimuth Tracking Method for Underwater Acoustic Targets to Prevent Tracking Deviation

The invention discloses an automatic underwater acoustic target azimuth tracking method to prevent tracking deviation. The method includes: (1) acquiring underwater acoustic target azimuth histogram; (2) singular value decomposition of the obtained underwater acoustic target azimuth histogram, which regards the mapping space corresponding to the maximum singular value as the first subspace; (3) acquiring information based on mapping to the first subspace. The main Atlas P of the azimuth information of the underwater acoustic target; (4) The trajectory of the main Atlas P based on the azimuth information of the underwater acoustic target is tracked automatically. The tracking method of the invention can effectively avoid the tracking deviation when tracking the underwater acoustic signal and improve the tracking accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法
本专利技术涉及被动声纳信号与信息处理
,更具体地涉及水声目标方位的自动跟踪。
技术介绍
水声目标的辐射噪声,如发动机噪声、水声探测脉冲、水声通信脉冲等可以被被动探测声纳阵列利用进行目标定向跟踪。现有技术中存在借助于水声目标方位历程图对目标进行发现与自动跟踪的方法。如果当前方位角方向上存在水声声源时,时间补偿后的各个阵元信号的振幅在融合过程中会同向叠加,否则会完全或者部分抵消。因此,在目标方位上的合成波束的能量会高于其他方位的合成波束。如果噪声源持续存在,在水声目标方位历程图上会呈现出一条稳定的明亮轨迹,该轨迹会随着目标声源方位角的变化产生相应的倾斜或弯曲变化。在实际应用中,如果用户在水声目标方位历程图上发现明亮轨迹,则可认为对应方位存在目标。对该轨迹进行跟踪,即可实现对目标的方位跟踪。为了减轻用户在执行值守任务中的工作负担,可以采用自动跟踪的方式对目标方位进行跟踪。现有的自动水声目标方位跟踪的具体步骤为:1.用户在tn时刻发现目标后,手工初始化目标方位角;2.在下一时刻tn+1,自动跟踪系统以tn时刻的目标方位角为中心,在限定的方位角范围内搜索能量最大的合成波束,将其对应的方位角作为tn+1时刻的目标方位角;3.以tn+1时刻测得的目标方位角作为接下来的tn+2时刻的目标方位角的搜索中心,在限定的方位角范围内搜索能量最大的合成波束,将其对应的方位角作为tn+2时刻的目标方位角;4.重复以上第3步,直至目标消失。实际应用中声纳阵列的接收信号夹杂有海洋环境噪声,导致水声目标方位历程图上呈现出大量随机图像噪声。当自动水声目标方位跟踪技术受到图像噪声干扰后,有一定的概率将噪声峰值处对应方位角误判为目标方位角,引发跟踪结果偏离。但是现有技术中的噪声处理方法都是基于获取整幅声学图谱之后的处理方式,无法适用于水声目标实时跟踪。这种声学跟踪过程中的噪声消除与常规的噪声消除有很大不同,目前尚没有一种合适的技术能够有效防止噪声引起的这种跟踪结果偏离。
技术实现思路
针对现有技术所存在的问题,本专利技术提出了一种防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法,可以有效防止跟踪偏离,实现对目标方位的准确跟踪。本专利技术通过下述方式能够有效地防止跟踪偏离,进行目标的准确跟踪。具体而言,本专利技术提供一种防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:(1)、获取声纳阵列测得的声纳信号,利用所述声纳信号计算水声目标方位历程图;(2)、利用改进的奇异值分解方法对所获得的水声目标方位历程图进行奇异值分解,将分解得到的最大奇异值对应的映射空间视为第一子空间,其余的映射到第二子空间;(3)、基于映射到第一子空间中的信息获取水声目标方位信息的主图谱P;(4)、基于水声目标方位信息的主图谱P上的明亮轨迹进行水声目标的自动跟踪。进一步地,所述步骤(1)包括:(1.1)按照一定的时间间隔,截取固定长度的声纳阵列接收信号;(1.2)以声纳阵列的某一个阵元为基准,按照一定的方位角间隔,计算对应方位角下各个阵元接收到的目标噪声的时间差;(1.3)根据各个阵元接收到的目标噪声的时间差,对各个阵元的接收信号进行时间补偿,使得各阵元的接收目标噪声的初始相位一致;(1.4)将时间补偿后的接收信号进行加权或者等权融合,得到对应方位角下的合成波束;(1.5)计算对应方位角下的合成波束的总能量值,得到以方位角为横坐标、能量幅值为纵坐标的波束能量谱,称为合成波束的方位能量谱;(1.6)建立时间-方位角空间坐标系,以灰度值表示对应<时间方位>下的波束能量幅值,得到水声目标方位历程图。进一步地,所述步骤(2)和(3)包括:(2.1)建立水声目标方位历程信息窗口M,M是一个m×n矩阵,其中m为窗口的时间宽度,n为声纳所监控的方位角范围,矩阵M的第一行为当前时刻tn的波束方位能量谱,第二行为前一时刻tn-1的波束方位能量谱,以此类推,获得矩阵M的所有元素值;(2.2)对矩阵M进行奇异值分解,将其表达为M=USVT的形式,其中U为M的左奇异值向量,V为M的右奇异值向量,S为M的奇异值矩阵,矩阵S的对角元素为按降序排列的M的奇异值,其余元素为0;(2.3)建立矩阵S’,S’的尺寸与S相同,S’的第一行第一列元素为M的最大奇异值——矩阵S的第一行第一列元素,S’的其余元素为0;(2.4)通过如下计算将M映射到第一子空间中:M′=US′VT,其中M’是M在第一子空间中的映射,尺寸与M相同。(2.5)提取M’的第一行作为tn时刻接收信号的瞬时主元素谱Pn;(2.6)重复上述步骤(2.1)至第(2.5),依次计算获得tn+1,tn+2,tn+3,……时刻的信号主元素谱Pn+1,Pn+2,Pn+3,……;(2.7)基于所计算的各个时刻的修正后的信号主元素谱,建立时间-方位角空间坐标系,以灰度值表示对应<时间方位>下的信号主元素谱幅值,获得修正后的水声目标方位信息的主元素图谱P。进一步地,所述方法还包括用户基于水声目标方位历程图对目标进行初始化标记。将水声目标方位历程图映射到第一子空间中后,即可增强有用信息、抑制干扰噪声。如果用户在水声目标方位信息主元素图谱P上发现明亮轨迹,则可认为对应方位存在目标。基于水声目标方位信息主元素图谱的自动跟踪方法本专利技术提出的基于水声目标方位信息主元素图谱的自动跟踪方法为:对水声目标方位信息主元素图谱P上的明亮轨迹进行跟踪,即可实现对目标的方位跟踪。其具体步骤为:1.用户在tn时刻发现目标后,手工初始化目标方位角;2.在下一时刻tn+1,自动跟踪系统以tn时刻的目标方位角为中心,在限定的方位角范围内搜索目标方位主元素谱Pn+1的最大值,将其对应的方位角作为tn+1时刻的目标方位角;3.以tn+1时刻测得的目标方位角作为接下来的tn+2时刻的目标方位角的搜索中心,在限定的方位角范围内搜索目标方位主元素谱Pn+2的最大值,将其对应的方位角作为tn+2时刻的目标方位角;4.重复以上第3步,直至目标消失。技术效果采用本专利技术的自动水声目标方位跟踪方法,可以有效防止跟踪偏离,实现对目标方位的准确跟踪。附图说明图1:理想状态下水声目标方位图示例,其中三条轨迹分别代表了三个不同的目标。越亮表示目标强度越高。图2:受到噪声干扰的水声目标方位历程图。图3:传统自动水声目标方位跟踪技术跟踪结果:其中圆圈为用户初始化目标方位,白叉为自动跟踪结果。图4:水声目标历程信息窗口M的数据图谱示例。图5:水声目标历程信息窗口M的有用信息子空间映射M’的图谱示例。图6:瞬时主元素谱示例。图7:水声目标方位信息主元素图谱示例。图8:本专利技术提出的基于图像信噪空间分解的自动水声目标方位跟踪技术实验结果:其中圆圈为用户初始化目标方位,白叉为自动跟踪结果。图9:本专利技术提出的水声目标方位角跟踪技术跟踪结果与目标方位角真值对比:其中圆圈为用户初始化目标方位,白叉为自动跟踪结果,白十字为目标方位角真值。图10:对本专利技术提出的水声目标方位角跟踪技术进行方位角修正后的实验结果与目标方位角真值对比:其中圆圈为用户初始化目标方位,白叉为修正后的自动跟踪结果,白十字为目标方位角真值。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:(1)、获取声纳阵列测得的声纳信号,利用所述声纳信号计算水声目标方位历程图;(2)、利用改进的奇异值分解方法对所获得的水声目标方位历程图进行奇异值分解,将分解得到的最大奇异值对应的映射空间视为第一子空间,其余的映射到第二子空间;(3)、基于映射到第一子空间中的信息获取水声目标方位信息的主图谱P;(4)、基于水声目标方位信息的主图谱P上的轨迹进行水声目标的自动跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:(1)、获取声纳阵列测得的声纳信号,利用所述声纳信号计算水声目标方位历程图;(2)、利用改进的奇异值分解方法对所获得的水声目标方位历程图进行奇异值分解,将分解得到的最大奇异值对应的映射空间视为第一子空间,其余的映射到第二子空间;(3)、基于映射到第一子空间中的信息获取水声目标方位信息的主图谱P;(4)、基于水声目标方位信息的主图谱P上的轨迹进行水声目标的自动跟踪。2.根据权利要求1中所述的防止跟踪偏离的自动水声目标方位跟踪方法,其特征在于,所述步骤(1)包括:(1.1)按照一定的时间间隔,截取固定长度的声纳阵列接收信号;(1.2)以声纳阵列的某一个阵元为基准,按照一定的方位角间隔,计算对应方位角下各个阵元接收到的目标噪声的时间差;(1.3)根据各个阵元接收到的目标噪声的时间差,对各个阵元的接收信号进行时间补偿,使得各阵元的接收目标噪声的初始相位一致;(1.4)将时间补偿后的接收信号进行加权或者等权融合,得到对应方位角下的合成波束;(1.5)计算对应方位角下...

【专利技术属性】
技术研发人员:李超王海斌汪俊陈曦殷凡
申请(专利权)人:中国科学院声学研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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