本发明专利技术提供了一种基于微波水面振动感知的水下目标探测方法，包括：步骤S1：通过运载平台带动微波收发器进行水面振动感知，提取水下目标水声激励产生的水面振动信息；步骤S2：消除波浪运动信息和运载平台运动信息；步骤S3：对水下目标水声激励产生的水面振动信息进行分析，定位到目标水域；步骤S4：对目标进行探测和定位，计算深度。本发明专利技术提出一种基于微波水面振动感知的水下目标探测方法和系统，利用运载平台搭载微波收发器，通过提取水面振动信息来进行水下目标辨识和定位。解决现有水下目标探测方法中难以实现机动探测、远距离探测和目标准确定位等难题，同时克服现有主动声纳系统功率和体积大，被动声纳严重依赖高新材料与工艺的问题。艺的问题。艺的问题。
【技术实现步骤摘要】
基于微波水面振动感知的水下目标探测方法及系统
[0001]本专利技术涉及水下目标探测
，具体地，涉及一种基于微波水面振动感知的水下目标探测方法及系统。
技术介绍
[0002]水下目标探测是水下环境感知、海洋资源监测与开发等领域的重要共性应用需求。目前水下目标的探测主要有光学探测和声学探测。
[0003]光学探测主要利用成像的方法，进行目标辨识，然而光波在水下呈现指数级衰减，探测距离非常有限。声学探测主要利用声音在水下传播与反射特性较好的特点，包括主动声纳和被动声纳。其中主动声纳的功率和体积大，被动声纳需要提前布置，并且低频感知能力弱，探测范围有限。另外，现有声纳探测方式均存在机动性差和深度信息不易探测等难题。
[0004]基于光学的水下目标探测：光波在水下呈指数级衰减，探测距离有限。基于声学的水下目标探测：其中主动声纳的功率和体积大，被动声纳需要提前布置，并且低频感知能力弱，探测范围有限。另外，现有声纳探测方式均存在机动性差和深度信息不易探测等难题。
[0005]本专利技术提出一种基于微波水面振动感知的水下目标探测方法与系统，利用微波收发器与运载平台进行水下目标的快速探测和定位。兼顾解决现有水下目标探测中难以实现的低频探测、机动探测、远距离探测、并解决主动声纳系统功率和体积大，被动声纳严重依赖高新材料与工艺的问题。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于微波水面振动感知的水下目标探测方法及系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种基于微波水面振动感知的水下目标探测方法，包括：
[0008]步骤S1：通过运载平台带动微波收发器进行水面振动感知，提取水下目标水声激励产生的水面振动信息；
[0009]步骤S2：消除波浪运动信息和运载平台运动信息；
[0010]步骤S3：对水下目标水声激励产生的水面振动信息进行分析，定位到目标水域；
[0011]步骤S4：对目标进行探测和定位，计算深度。
[0012]优选地，在所述步骤S1中：
[0013]利用微波干涉雷达对水下目标水声激励产生的水面振动进行感知，运载平台携带微波干涉雷达，使其发射天线朝向目标水面，控制微波干涉雷达发射微波信号入射待探测水面，微波收发器通过发射并接收微波信号得到基带信号，对于单频连续波雷达用包括反正切解调在内的方法，对于调频连续波雷达用干涉相位演变追踪法来反演水面的波动位移信息x(t)：
[0014][0015]其中，λ为微波信号的波长，为提取的干涉相位演变信息，t为时间；
[0016]所述微波收发器包括：连续波微波信号源、功率分配器、功率放大器、混频器、低通滤波器、调理电路、收发天线和处理器；
[0017]其中连续波微波信号源用于发射连续波微波信号，经过功率分配器分为两路一路通过功率放大器由发射天线发出，一路输入混频器，与通过接收天线接收到的反射信号进行混频处理，混频器与低通滤波器相连接，将混频信号输入低通滤波器，低通滤波器与调理电路相连，最终产生微波收发器的基带信号；
[0018]其中收发天线包括发射天线和接收天线，发射天线和接收天线的个数至少为1个。
[0019]优选地，在所述步骤S2中：
[0020]根据海面波浪频率范围，使用包括高通滤波在内的处理方法消除水面波动位移信息中超低频波浪运动分量；
[0021]通过包含隔振云台、软件算法滤波在内的方法结合运载平台的运动信息消除机动体本身的振动干扰分量，避免运载平台自身振动的影响。
[0022]优选地，在所述步骤S3中：
[0023]对水下目标水声激励产生的水面振动信息进行分析，结合运载平台的位置信息定位出目标水域并计算出目标深度，具体操作为：
[0024]将提取到水下目标水声激励产生的水面振动信息δ(t)，同时对一段时间的水面微幅振动信息使用包括快速傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换在内的方法进行分析，得到水面微幅振动的频率ω(t)；
[0025]根据不同水下目标频率特性ω
′
(t)的频率范围与频率变化规律，比较水面微幅振动的频率ω(t)，找到目标水域，并根据先验知识判断水下目标类别与对应的声源声压级范围P0(dB)。
[0026]优选地，在所述步骤S4中：
[0027]根据水面声压与其激励水面振动的关系，估计水面声压：
[0028]P(ω,t)＝ρvω(t)δ(t)
[0029]其中，P(ω,t)表示水面附近的声压，ρ表示水的密度，v表示声音在水下的传播速度，ω表示测量到的振动频率，ω(t)为水面微幅振动的频率；δ(t)表示水下目标水声激励产生的水面振动信息；
[0030]根据水下目标声源声压级范围P0(dB)和球面波声压衰减规律得到目标距离D：
[0031][0032]根据本专利技术提供的一种基于微波水面振动感知的水下目标探测系统，包括：
[0033]模块M1：通过运载平台带动微波收发器进行水面振动感知，提取水下目标水声激励产生的水面振动信息；
[0034]模块M2：消除波浪运动信息和运载平台运动信息；
[0035]模块M3：对水下目标水声激励产生的水面振动信息进行分析，定位到目标水域；
[0036]模块M4：对目标进行探测和定位，计算深度。
[0037]优选地，在所述模块M1中：
[0038]利用微波干涉雷达对水下目标水声激励产生的水面振动进行感知，运载平台携带微波干涉雷达，使其发射天线朝向目标水面，控制微波干涉雷达发射微波信号入射待探测水面，微波收发器通过发射并接收微波信号得到基带信号，对于单频连续波雷达用包括反正切解调在内的方法，对于调频连续波雷达用干涉相位演变追踪法来反演水面的波动位移信息x(t)：
[0039][0040]其中，λ为微波信号的波长，为提取的干涉相位演变信息，t为时间；
[0041]所述微波收发器包括：连续波微波信号源、功率分配器、功率放大器、混频器、低通滤波器、调理电路、收发天线和处理器；
[0042]其中连续波微波信号源用于发射连续波微波信号，经过功率分配器分为两路一路通过功率放大器由发射天线发出，一路输入混频器，与通过接收天线接收到的反射信号进行混频处理，混频器与低通滤波器相连接，将混频信号输入低通滤波器，低通滤波器与调理电路相连，最终产生微波收发器的基带信号；
[0043]其中收发天线包括发射天线和接收天线，发射天线和接收天线的个数至少为1个。
[0044]优选地，在所述模块M2中：
[0045]根据海面波浪频率范围，使用包括高通滤波在内的处理方法消除水面波动位移信息中超低频波浪运动分量；
[0046]通过包含隔振云台、软件算法滤波在内的方法结合运载平台的运动信息消除机动体本身的振动干扰分量，避免运载平台自身振动的影响。
[0047]优选地，在所述模块M3中：
[0048]对水下目标水声激励产生的水面振动信息进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于微波水面振动感知的水下目标探测方法，其特征在于，包括：步骤S1：通过运载平台带动微波收发器进行水面振动感知，提取水下目标水声激励产生的水面振动信息；步骤S2：消除波浪运动信息和运载平台运动信息；步骤S3：对水下目标水声激励产生的水面振动信息进行分析，定位到目标水域；步骤S4：对目标进行探测和定位，计算深度。2.根据权利要求1所述的基于微波水面振动感知的水下目标探测方法，其特征在于，在所述步骤S1中：利用微波干涉雷达对水下目标水声激励产生的水面振动进行感知，运载平台携带微波干涉雷达，使其发射天线朝向目标水面，控制微波干涉雷达发射微波信号入射待探测水面，微波收发器通过发射并接收微波信号得到基带信号，对于单频连续波雷达用包括反正切解调在内的方法，对于调频连续波雷达用干涉相位演变追踪法来反演水面的波动位移信息x(t)：其中，λ为微波信号的波长，为提取的干涉相位演变信息，t为时间。3.根据权利要求1所述的基于微波水面振动感知的水下目标探测方法，其特征在于，在所述步骤S2中：根据海面波浪频率范围，使用包括高通滤波在内的处理方法消除水面波动位移信息中超低频波浪运动分量；通过包含隔振云台、软件算法滤波在内的方法结合运载平台的运动信息消除机动体本身的振动干扰分量，避免运载平台自身振动的影响。4.根据权利要求1所述的基于微波水面振动感知的水下目标探测方法，其特征在于，在所述步骤S3中：对水下目标水声激励产生的水面振动信息进行分析，结合运载平台的位置信息定位出目标水域并计算出目标深度，具体操作为：将提取到水下目标水声激励产生的水面振动信息δ(t)，同时对一段时间的水面微幅振动信息使用包括快速傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换在内的方法进行分析，得到水面微幅振动的频率ω(t)；根据不同水下目标频率特性ω
′
(t)的频率范围与频率变化规律，比较水面微幅振动的频率ω(t)，找到目标水域，并根据先验知识判断水下目标类别与对应的声源声压级范围P0(dB)。5.根据权利要求1所述的基于微波水面振动感知的水下目标探测方法，其特征在于，在所述步骤S4中：根据水面声压与其激励水面振动的关系，估计水面声压：P(ω,t)＝ρvω(t)δ(t)其中，P(ω,t)表示水面附近的声压，ρ表示水的密度，v表示声音在水下的传播速度，ω表示测量到的振动频率，ω(t)为水面微幅振动的频率；δ(t)表示水下目标水声激励产生的水面振动信息；
根据水下目标声源声压级范围P0(dB)和球面波声压衰减规律得到目标距离D：6.一种基于微波水面振动感知的水下目标探测系统，其特征在于，包括：模块M1：通过运载平台带动微波收发器进行水面振动感知，提取水下目标水声激励产生的水面振动信息；模块M2：消除波浪运动信息和运载平台运动信息；模块M3：对水下目标水声激...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊玉勇，彭志科，吴高阳，王鸿东，孟光，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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