一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法及系统，所述方法包括：依据测量所得声速剖面，得到模态波数对应的最大值和最小值；在模态波数最小值至最大值区间，以水平拖线阵搭载的水面平台辐射噪声作基准源，利用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱，并将其作为参考基准；在模态波数最小值至最大值区间，得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱；根据声速梯度变化趋势，分别得到水面平台辐射噪声和深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱主瓣位置；将深度待判决目标辐射噪声对应模态波数谱与参考基准进行波数谱主瓣位置比较；依据比较结果对待判决目标的深度进行辨识，得到判决结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法及系统
本专利技术涉及声纳信号处理领域，特别涉及一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法及系统。
技术介绍
水中目标深度辨识是现代声纳系统的一个重要组成部分，是声纳系统后置数据处理的一个重要环节，尤其是对于水声对抗系统。由于单独依赖信号时频特征进行目标辨识的方法难以满足使用需求，迫切需要寻求新的途径加以解决从拾取声压数据中辨识目标深度问题。为了能够实现对水中目标深度有效辨识，有关学者提出采用匹配场处理方法实现对目标进行深度估计。这种方法充分简正波的模态分布，利用垂直阵实现深度上的采样，并采用简正波声传播模型计算拷贝场向量，然后将拷贝场与测量场进行匹配实现对目标深度估计，但是该方法面临计算量大、耗时长、受环境参数影响较大等问题。为了解决匹配场定位方法受环境参数影响较大等问题，有关学者提出一种基于双引导声源和warping变换的拷贝声场计算方法，该方法首先从垂直接收阵接收到的引导声源声场获取简正波本征函数，然后再从声场衰减信息和声场相位信息两个方向重构拷贝声场，并与目标声源的真实声场进行匹配实现目标定位，显著降低了环境参数对匹配声场的影响。但是该方法对引导声源有一定要求，实际应用存在一定难度，同时需要基于垂直阵实现对简正波模态深度采样。为了避免利用垂直阵解决目标深度辨识问题，有关学者陆续提出利用声强流的无功分量符号变化对浅海目标深度进行辨识，但是其临界深度过大，不宜进行深度辨识；后续又提出通过对目标频散特征提取、模态域处理等方式实现目标深度辨识，但该类方法据对海洋参数信息均有一定要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法及系统。本专利技术提出了一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法，所述方法包括：依据测量所得声速剖面，得到模态波数对应的最大值和最小值；在模态波数最小值至最大值区间，以水平拖线阵搭载的水面平台辐射噪声作基准源，利用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱，并将其作为参考基准；在模态波数最小值至最大值区间，得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱；根据声速梯度变化趋势，分别得到水面平台辐射噪声和深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱主瓣位置；将深度待判决目标辐射噪声对应模态波数谱与参考基准进行波数谱主瓣位置比较；依据比较结果对待判决目标的深度进行辨识，得到判决结果。作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：步骤1)根据应用水域深度H，声速分布c，处理数据频带f，水平拖线阵孔径计L，得到模态波数k对应的最大值kmax和最小值kmin：其中，M为模态总数，为向下取整运算符；步骤2)采用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱Y0(f,k)：k∈[kmin:kspace:kmax]其中，Xn(f)为水平拖线阵第n阵元拾取数据，N为阵元数，d为相邻阵元间距，θ0为水面平台相对水平拖线阵方位角，kspace为波数滑动步长：步骤3)根据深度待判决目标辐射噪声相对水平拖线阵的方位角θs，计算深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱Ys(f,k)为：步骤4)根据波数范围得到水面平台辐射噪声的模态波数谱Y0(f,k)的平均值其中，K为k∈[kmin:kspace:kmax]波数变化个数；根据波数范围得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱Ys(f,k)的平均值步骤5)根据声速梯度情况，结合和分别确定Y0(f,k)波数谱主瓣位置Kindex,0和Ys(f,k)波数谱主瓣位置Kindex,s；步骤6)依据各阶模态水平波数km与声速相关性，将Kindex,0作为参考基准，将Kindex,s与参考基准进行比较：当声速梯度为负梯度时，如果Kindex,s大于Kindex,0，则深度待判决目标为水下目标；否则为水面目标；当声速梯度为正梯度时，如果Kindex,s小于Kindex,0，则深度待判决目标为水下目标；否则为水面目标。作为上述方法的一种改进，所述步骤5)具体包括：当声速梯度为负梯度时，从Y0(f,k)波数谱横坐标右侧算起，选取第一个大于的波数谱对应的位置为Y0(f,k)主瓣位置Kindex,0；当声速梯度为正梯度时，从Y0(f,k)波数谱横坐标左侧算起，选取第一个大于均值的波数谱对应的位置为Y0(f,k)主瓣位置Kindex,0；当声速梯度为负梯度时，从Ys(f,k)波数谱横坐标右侧算起，选取第一个大于的波数谱对应的位置为Ys(f,k)主瓣位置Kindex,s；当声速梯度为正梯度时，从Ys(f,k)波数谱横坐标左侧算起，选取第一个大于均值的波数谱对应的位置为Ys(f,k)主瓣位置Kindex,0。一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识系统，其特征在于，所述系统包括：模态波数对应最大值和最小值生成模块、模态波数谱生成模块、波数谱主瓣位置生成模块和目标深度辨识模块；其中，所述模态波数对应最大值和最小值生成模块，用于依据测量所得声速剖面，得到模态波数对应的最大值和最小值；所述模态波数谱生成模块，用于在模态波数最小值至最大值区间，以水平拖线阵搭载的水面平台辐射噪声作基准源，利用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱；在模态波数最小值至最大值区间，得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱；所述波数谱主瓣位置生成模块，用于根据声速梯度变化趋势，分别得到水面平台辐射噪声和深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱主瓣位置；所述目标深度辨识模块，用于将深度待判决目标辐射噪声对应模态波数谱与参考基准进行波数谱主瓣位置比较；依据比较结果对待判决目标的深度进行辨识，得到判决结果。作为上述系统的一种改进，所述模态波数对应最大值和最小值生成模块的具体实现过程为：根据应用水域深度H，声速分布c，处理数据频带f，水平拖线阵孔径计L，得到模态波数k对应的最大值kmax和最小值kmin：其中，M为模态总数，为向下取整运算符。作为上述系统的一种改进，所述模态波数谱生成模块的具体实现过程为：采用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱Y0(f,k)：k∈[kmin:kspace:kmax]其中，Xn(f)为水平拖线阵第n阵元拾取数据，N为阵元数，d为相邻阵元间距，θ0为水面平台相对水平拖线阵方位角，kspace为波数滑动步长：根据深度待判决目标辐射噪声相对水平拖线阵的方位角θs，计算深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱Ys(f,k)为：作为上述系统的一种改进，所述波数谱主瓣位置生成模块的具体实现过程为：根据波数范围得到水面平台辐射噪声的模态波数谱Y0(f,k)的平均值其中，K为k∈[kmin:kspace:kmax]波数变化个数；根据波数范围得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱Y本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法，所述方法包括：/n依据测量所得声速剖面，得到模态波数对应的最大值和最小值；/n在模态波数最小值至最大值区间，以水平拖线阵搭载的水面平台辐射噪声作基准源，利用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱，并将其作为参考基准；/n在模态波数最小值至最大值区间，得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱；/n根据声速梯度变化趋势，分别得到水面平台辐射噪声和深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱主瓣位置；/n将深度待判决目标辐射噪声对应模态波数谱与参考基准进行波数谱主瓣位置比较；/n依据比较结果对待判决目标的深度进行辨识，得到判决结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法，所述方法包括：
依据测量所得声速剖面，得到模态波数对应的最大值和最小值；
在模态波数最小值至最大值区间，以水平拖线阵搭载的水面平台辐射噪声作基准源，利用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱，并将其作为参考基准；
在模态波数最小值至最大值区间，得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱；
根据声速梯度变化趋势，分别得到水面平台辐射噪声和深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱主瓣位置；
将深度待判决目标辐射噪声对应模态波数谱与参考基准进行波数谱主瓣位置比较；
依据比较结果对待判决目标的深度进行辨识，得到判决结果。


2.根据权利要求1所述的基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法，其特征在于，所述方法具体包括：
步骤1)根据应用水域深度H，声速分布c，处理数据频带f，水平拖线阵孔径计L，得到模态波数k对应的最大值kmax和最小值kmin：



其中，M为模态总数，为向下取整运算符；
步骤2)采用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态波数谱Y0(f,k)：



其中，Xn(f)为水平拖线阵第n阵元拾取数据，N为阵元数，d为相邻阵元间距，θ0为水面平台相对水平拖线阵方位角，kspace为波数滑动步长：



步骤3)根据深度待判决目标辐射噪声相对水平拖线阵的方位角θs，计算深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱Ys(f,k)为：



步骤4)根据波数范围得到水面平台辐射噪声的模态波数谱Y0(f,k)的平均值



其中，K为k∈[kmin:kspace:kmax]波数变化个数；
根据波数范围得到深度待判决目标辐射噪声的模态波数谱Ys(f,k)的平均值



步骤5)根据声速梯度情况，结合和分别确定Y0(f,k)波数谱主瓣位置Kindex,0和Ys(f,k)波数谱主瓣位置Kindex,s；
步骤6)依据各阶模态水平波数km与声速相关性，将Kindex,0作为参考基准，将Kindex,s与参考基准进行比较：
当声速梯度为负梯度时，如果Kindex,s大于Kindex,0，则深度待判决目标为水下目标；否则为水面目标；
当声速梯度为正梯度时，如果Kindex,s小于Kindex,0，则深度待判决目标为水下目标；否则为水面目标。


3.根据权利要求2所述的基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括：
当声速梯度为负梯度时，从Y0(f,k)波数谱横坐标右侧算起，选取第一个大于的波数谱对应的位置为Y0(f,k)主瓣位置Kindex,0；当声速梯度为正梯度时，从Y0(f,k)波数谱横坐标左侧算起，选取第一个大于均值的波数谱对应的位置为Y0(f,k)主瓣位置Kindex,0；
当声速梯度为负梯度时，从Ys(f,k)波数谱横坐标右侧算起，选取第一个大于的波数谱对应的位置为Ys(f,k)主瓣位置Kindex,s；当声速梯度为正梯度时，从Ys(f,k)波数谱横坐标左侧算起，选取第一个大于均值的波数谱对应的位置为Ys(f,k)主瓣位置Kindex,0。


4.一种基于波数谱主瓣位置的目标深度辨识系统，其特征在于，所述系统包括：模态波数对应最大值和最小值生成模块、模态波数谱生成模块、波数谱主瓣位置生成模块和目标深度辨识模块；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑恩明，陈新华，李媛，李嶷，杨鹤，方华，张志博，郑海波，王麟煜，董力平，宋春楠，
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