一种基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及声纳信号与信息处理技术领域，特别涉及一种基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法及系统，所述方法包括：步骤1：对原始水声目标方位历程图进行降噪处理；步骤2：对降噪后的水声目标方位历程图进行峰值特征提取操作，以确定潜在水声目标；步骤3：在潜在水声目标中筛选出虚警水声目标并剔除，以获得真实水声目标，并结合降噪后的水声目标方位历程图获取真实水声目标的方位和时间

【技术实现步骤摘要】
一种基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及声纳信号与信息处理
，特别涉及一种基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法及系统
。

技术介绍

[0002]借助于水声目标方位历程图对目标进行发现与自动跟踪是目前常用的一种水声目标发现与方位跟踪的方法
。
水声目标方位历程图的获取方法可以表示为以下步骤：
[0003]1.
声纳阵列接收信号截取：按照一定的时间间隔，截取固定长度的声纳阵列接收信号
。
这可以表示为：
[0004]s(t)
＝
x(t)*h(t)
[0005]其中，
s(t)
表示声纳阵列接收信号，
x(t)
表示目标信号，
h(t)
表示阵列的冲激响应，
t
为时间
。
[0006]2.
方位角差计算：选取声纳阵列的一个阵元为基准，根据一定的方位角间隔，计算各个阵元接收到目标信号的时间差
。
这可以表示为：
[0007][0008]其中，
Δ
t
j
表示阵元
j
与基准阵元之间的时间差，
d
j
表示阵元
j
与基准阵元之间的距离，
θ
j
表示阵元
j
相对于基准阵元的方位角，
θ0为观测方位，
c
表示声速
。
[0009]3.
时间补偿：根据各个阵元接收到目标信号的时间差，对各个阵元的接收信号进行时间补偿，使得各阵元接收到目标信号的初始相位一致
。
这可以表示为：
[0010]s
j
(t)
＝
s(t
‑
Δ
t
j
)
[0011]其中，
s
j
(t)
表示经过时间补偿后的阵元
j
的接收信号，
s(.)
表示基准信号波形
。
[0012]4.
合成波束形成：对时间补偿后的接收信号进行加权或等权融合，得到对应方位角下的合成波束
。
这可以表示为：
[0013][0014]其中，
b(
θ
j
)
表示在方位角
θ
j
处的合成波束，
ω
j
表示阵元
j
的权重，
N
表示阵元数量
。
[0015]5.
位能量谱计算：计算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
。
这可以表示为：
[0016]E(
θ
j
)
＝
|b(
θ
j
)|2[0017]其中，
E(
θ
j
)
表示在方位角
θ
j
处的波束能量
。
[0018]6.
构建方位历程图：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，以得到如图1所示的水声目标方位历程图
。
[0019]上述水声目标方位历程图的获取方法，在实际应用中，方位历程图中的运动目标跟踪面临虚警的问题，具体体现在当兴趣目标方位附近的噪声较大时，常会将噪声也误认
为是运动目标，造成虚警，因此目标检测的可靠性低
。

技术实现思路

[0020]本专利技术的目的在于，克服现有水上目标方位历程图获取方法，因噪声干扰导致的虚警率高和可靠性低的问题，从而提供一种基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法及系统
。
[0021]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案所提供的基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法，包括以下步骤：
[0022]步骤1：对原始水声目标方位历程图进行降噪处理；
[0023]步骤2：对降噪后的水声目标方位历程图进行峰值特征提取操作，以确定潜在水声目标；
[0024]步骤3：在潜在水声目标中筛选出虚警水声目标并剔除，以获得真实水声目标，并结合降噪后的水声目标方位历程图获取真实水声目标的方位和时间
。
[0025]作为上述方法的一种改进，所述步骤1具体包括：
[0026]步骤1‑1：构建卷积核
[0027][0028]其中，表示方位偏移，
τ
表示时间偏移，
σ
为自定义变量，
e
为自然常数；
[0029]步骤1‑2：对原始水声目标方位历程图
BTR
进行卷积运算，以得到降噪后的水声目标方位历程图在
θ
方位且
t
时刻的对应的波束能量值
[0030][0031]表示原始水声目标方位历程图在方位且
t
‑
τ
时刻对应的波束能量值，表示卷积核，
θ
表示方位，
t
表示时间
。
[0032]作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体包括：
[0033]通过判定图谱
P
判断降噪后的水声目标方位历程图中，是否存在潜在水声目标，具体包括：
[0034]当且时，判定图谱
P
判定所述降噪后的水声目标方位历程图中存在潜在水声目标，否则判定为不存在潜在水声目标；其中，
[0035]j
为第一序数，
θ
j
‑1表示第
j
‑1个阵元相对于基准阵元的方位角，
θ
j
表示第
j
个阵元相对于基准阵元的方位角，
θ
j+1
表示第
j+1
个阵元相对于基准阵元的方位角，
t
表示时间，表示第
j
‑1个阵元
t
时刻的降噪后的水声目标方位历程图对应的波束能量值，表示第
j
个阵元在
t
时刻的降噪后的水声目标方位历程图对应的波束能量值，表示第
j+1
个阵元在
t
时刻的降噪后的水声目标方位历程图对应的波束能量值
。
[0036]作为上述方法的一种改进，所述步骤3具体包括：
[0037]步骤3‑1：在降噪后的水声目标方位历程图中，在潜在水声目标对应的时间方位周
围截取一定范围的降噪后的水声目标方位历程图，作为潜在水声目标基元
U(
θ
j
,t)
；其中，
θ
j
为第...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：对原始水声目标方位历程图进行降噪处理；步骤2：对降噪后的水声目标方位历程图进行峰值特征提取操作，以确定潜在水声目标；步骤3：在潜在水声目标中筛选出虚警水声目标并剔除，以获得真实水声目标，并结合降噪后的水声目标方位历程图获取真实水声目标的方位和时间
。2.
根据权利要求1所述的基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：步骤1‑1：构建卷积核：构建卷积核其中，表示方位偏移，
τ
表示时间偏移，
σ
为自定义变量，
e
为自然常数；步骤1‑2：对原始水声目标方位历程图
BTR
进行卷积运算，以得到降噪后的水声目标方位历程图在
θ
方位且
t
时刻的对应的波束能量值时刻的对应的波束能量值时刻的对应的波束能量值表示原始水声目标方位历程图在方位且
t
‑
τ
时刻对应的波束能量值，表示卷积核，
θ
表示方位，
t
表示时间
。3.
根据权利要求1所述的基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：通过判定图谱
P
判断降噪后的水声目标方位历程图中，是否存在潜在水声目标，具体包括：当且时，判定图谱
P
判定所述降噪后的水声目标方位历程图中存在潜在水声目标，否则判定为不存在潜在水声目标；其中，
j
为第一序数，
θ
j
‑1表示第
j
‑1个阵元相对于基准阵元的方位角，
θ
j
表示第
j
个阵元相对于基准阵元的方位角，
θ
j+1
表示第
j+1
个阵元相对于基准阵元的方位角，
t
表示时间，表示第
j
‑1个阵元
t
时刻的降噪后的水声目标方位历程图对应的波束能量值，表示第
j
个阵元在
t
时刻的降噪后的水声目标方位历程图对应的波束能量值，表示第
j+1
个阵元在
t
时刻的降噪后的水声目标方位历程图对应的波束能量值
。4.
根据权利要求3所述的基于水声目标方位历程图的水声目标检测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：步骤3‑1：在降噪后的水声目标方位历程图中，在潜在水声目标对应的时间方位周围截取一定范围的降噪后的水声目标方位历程图，作为潜在水声目标基元
U(
θ
j
,t)
；其中，
θ
j
为第
j
个阵元相对于基准阵元的方位角，
t
为时间；步骤3‑2：构建真实水声目标基元模板
V
true
和虚警水声目标基元模板
V
false
；步骤3‑3：将潜在水声目标基元
U(
θ
j
,t)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，殷昊，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：