【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下目标声学探测，特别是涉及一种基于计算构件的通用水下目标被动探测方法及系统。
技术介绍
1、本专利技术以水下探测技术需求为背景，随着高速数字信号处理技术的迅速进步，使水下探测设备发展成为以通用多核dsp为核心的标准化产品。硬件标准化意味着水下探测设备的功能与性能在干端完全由分布式算法及其软件实现。从这个意义上说，水下探测设备已经软件化了。但是目前的水下探测设备还是面向用途、基于硬件的，种类比较多，例如，按军事功能划分为警戒声纳、攻击声纳、侦察声纳、通信声纳、探雷声纳、导航和定位声纳等，每种声纳对应于不同的设备，其设计不同、物理结构与操作界面不同、可靠性与可维修性的水平也不同。这种情况，既不利于缩短声纳装备的研制周期，也不利于提高装备使用与维护水平。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于计算构件的通用水下目标被动探测系统实现方法。
2、本专利技术提出了一种基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，该方法基于水下目标被动探测设备信号处理计算任务所需的不同功能设计不同计算构件，并基于不同计算构件所需的各种算法搭建构件，并通过将若干计算构件进行不同的连接、组合得到具备指定处理功能的软件，并将软件基于硬件信号处理设备运行，以对湿端设备采集到的水下声学信号进行处理，从而实现相应的探测功能。
3、作为上述技术方案的改进之一，所述水下目标被动探测设备信号处理计算任务所需的不同功能，包括：水下警戒、目标定位、目标跟踪、目标识别、
4、所述不同计算构件，包括：波束形成构件、谱分析构件、目标跟踪构件、噪声抵消构件、阵形估计构件和声场计算构件；
5、所述不同计算构件所需的各种算法，包括：数字信号处理和矩阵向量运算，具体包括：fir滤波、延时叠加、快速傅里叶变换、时间积累、极值搜索、相干叠加、包络提取、卡尔曼滤波和曲线拟合；
6、构件内部之间、构件与构件之间通过以太网、rapidio协议或共享内存的方式进行物理连接；
7、所述计算构件，用于根据对应的算法流程，读取相应的数据并采取相应的算法进行依次处理，并将处理后的数据发送到其他构件或输出；计算构件所需要的算法及算法中所需要的参数通过在线设置。
8、作为上述技术方案的改进之一，所述波束形成构件的处理过程包括：
9、读取声基阵原始阵元域数据，并对基阵原始阵元域数据进行处理，输出发送波束域数据；
10、所述波束形成构件根据外部环境或处理结果选择不同的处理方式，包括时域波束形成、频域波束形成；
11、当波束形成构件采用时域波束形成时，可通过延时叠加法对声基阵原始阵元域数据进行处理；
12、当波束形成构件采用频域波束形成时，可通过快速傅里叶变换和移相加权的算法对声基阵原始阵元域数据进行处理。
13、作为上述技术方案的改进之一，当所述波束形成构件采用频域波束形成时，具体包括以下步骤：
14、(1)波束形成构件读取指定长度的声基阵原始数据快拍x(k)，表达式为：
15、x(k)＝[x1(k) x2(k) ... xi(k) ... xm(k)]t
16、其中，m为基阵阵元个数，k为快拍序号，i表示第i个阵元，xi(k)为第i个阵元接收的时域信号，xi(k)＝[xi(1) xi(2) ... xi(l1)]，l1为波束形成构件每批次处理的快拍长度；t表示转置；
17、(2)对x(k)中的阵元数据进行延时加权求和，计算指向空间不同方位的波束域数据b(k)，表达式为：
18、b(k)＝[b1(k) b2(k) ... bj(k) ... bn(k)]t
19、其中，n为空间方位采样数量，k为波束形成构件每批次处理每个方位上输出数据点数，j表示第j个方位，bj(k)为第j个方位的波束数据，bj(k)＝[bj(1) bj(2) ... bj(l2)]，l2为bj(k)的长度；
20、当所述波束形成构件采用频域波束形成算法时，具体包括以下步骤：
21、(1)波束形成构件读取指定长度的声基阵原始数据快拍x(k)；
22、(2)针对每个阵元接收的时域信号做快速傅里叶变换，将阵元域数据由时域变换到为频域，得到频域数据，并将不同阵元的频域数据进行组合，得到原始基阵频域数据y(z)，表达式为：
23、y(z)＝[y1(z) y2(z) ... yi(z) ... ym(z)]t
24、其中，z为频点序号，yi(z)为第i个阵元接收的时域信号xi(k)变换得到的频域数据；
25、(3)对阵元频域信号进行加权得到加权矢量u(k)，表达式为：
26、u(z)＝w(z)y(z)
27、其中，w(k)为导向矢量；
28、(4)对u(z)进行逆傅里叶变换得到波束域时域信号b(k)。
29、作为上述技术方案的改进之一，所述目标跟踪构件的处理过程包括：
30、读取波束域数据，对波束域数据进行包括极值搜索或卡尔曼滤波的算法处理，输出目标跟踪信息。
31、作为上述技术方案的改进之一，所述谱分析构件的处理过程包括：
32、读取波束域数据，对目标信号所在方位的波束域数据进行带通滤波，对指定频段内的波束域数据进行包络检波和快速傅里叶变换等处理，并根据实时性及硬件设备资源等约束条件进行并行化处理，输出不同目标信号的谱分析结果。
33、本专利技术还提出了一种基于计算构件的通用水下目标被动探测系统，该系统在硬件设备中运行，硬件设备与湿端设备和显控设备分别相连，并接收湿端设备采集的声学信号；其特征在于，所述系统包括：算法层、功能层和应用层；
34、所述应用层，用于用户选取水下目标被动探测设备信号处理计算任务所需的不同功能模块，包括：水下警戒、目标定位、目标跟踪、目标识别、水下通信和环境监测；
35、所述功能层，用于用户选取功能模块后，继续选取计算构件，包括：数据预处理构件、波束形成构件、谱分析构件、目标跟踪构件、噪声抵消构件、阵形估计构件和声场计算构件，并进一步将不同计算构件按照任务需求进行连接、组合；
36、所述算法层，用于用户选取计算构件后，继续选取计算构件所需的算法，包括：数字信号处理、数学运算和线性代数运算，具体为：fir滤波、延时叠加、快速傅里叶变换、时间积累、相干叠加、包络提取、卡尔曼滤波和曲线拟合，以建立相应构件；
37、所述算法全部选取完成后，所述系统通过计算构件对声学信号完成后传输到显控设备进行输出显示。
38、作为上述技术方案的改进之一，所述系统连接的硬件设备的a/d或d/a转换器靠近湿端。
39、作为上述技术方案的改进之一，所述计算构件包括：
40、计算对象单元，包括多个计算模块，所述多个计算模块分别采用不同的算法对输入数据本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，该方法基于水下目标被动探测设备信号处理计算任务所需的不同功能设计不同计算构件，并基于不同计算构件所需的各种算法搭建构件，并通过将若干计算构件进行不同的连接、组合得到具备指定处理功能的软件，并将软件基于硬件信号处理设备运行，以对湿端设备采集到的水下声学信号进行处理，从而实现相应的探测功能。
2.根据权利要求1所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，其特征在于，所述水下目标被动探测设备信号处理计算任务所需的不同功能，包括：水下警戒、目标定位、目标跟踪、目标识别、水下通信和环境监测；
3.根据权利要求2所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，其特征在于，所述波束形成构件的处理过程包括：
4.根据权利要求3所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，其特征在于，当所述波束形成构件采用时域波束形成时，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求2所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，其特征在于，所述目标跟踪构件的处理过程包括：
6.根据权利要求2所述的基于计算构件的通用
7.一种基于计算构件的通用水下目标被动探测系统，该系统在硬件设备中运行，硬件设备与湿端设备和显控设备分别相连，并接收湿端设备采集的声学信号；其特征在于，所述系统包括：算法层、功能层和应用层；
8.根据权利要求7所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测系统，其特征在于，所述系统连接的硬件设备的A/D或D/A转换器靠近湿端。
9.根据权利要求7所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测系统，其特征在于，所述计算构件包括：
10.根据权利要求9所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测系统，其特征在于，所述计算构件还包括：配置端口、配置器、数据输入端口、数据输入通道、局部存储器、数据输出通道和数据输出端口；
...【技术特征摘要】
1.一种基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，该方法基于水下目标被动探测设备信号处理计算任务所需的不同功能设计不同计算构件，并基于不同计算构件所需的各种算法搭建构件，并通过将若干计算构件进行不同的连接、组合得到具备指定处理功能的软件，并将软件基于硬件信号处理设备运行，以对湿端设备采集到的水下声学信号进行处理，从而实现相应的探测功能。
2.根据权利要求1所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，其特征在于，所述水下目标被动探测设备信号处理计算任务所需的不同功能，包括：水下警戒、目标定位、目标跟踪、目标识别、水下通信和环境监测；
3.根据权利要求2所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，其特征在于，所述波束形成构件的处理过程包括：
4.根据权利要求3所述的基于计算构件的通用水下目标被动探测方法，其特征在于，当所述波束形成构件采用时域波束形成时，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求2所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：王桂喜，张扬帆，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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