【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋领域和声纳信号处理领域，特别涉及一种跨波束的空间谱长时累积处理方法及系统。
技术介绍
1、声纳系统用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪。此外，声纳系统还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。
2、现有的声纳系统进行目标检测与方位提取时均是有人干预的，声纳员可根据空间谱或方位历程图上目标方位的轨迹来进行目标检测，对检测阈需求较低。在无人干预情况下，要对目标实现高检测概率(检测概率>95.4％)的检测，需要检测阈dt大于6db。在一定信噪比情况下，如果只采用单帧处理所得空间谱对目标实现检测，则检测阈小于6db，严重影响系统的检测目标性能，此时需要通过多帧处理使目标能量在其时间历程上累积，提升空间谱中目标峰值与空间背景噪声均值差异。
3、受目标和线阵相对运动影响，目标方位轨迹在时间历程上存在方位随时间变化的可能，如果采用同方位能量累积处理方式实现目标在时间历程上能量累积，则能量累积效果较差，空间谱中目标峰值与空间背景噪声均值差异提升有限，且也会增加目标方位在时间历程上的宽度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，解决现有技术受目标和线阵相对运动影响，目标方位轨迹在时间历程上存在方位随时间变化的可能，如果采用同方位能量累积处理方式实现目标在时间历程上能量累积，则能量累积效果较差，空间谱中目标峰值与空间背景噪声均值差异提升有限问题，而提出一种跨波束的空间谱长时累积处理
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案所提供的跨波束的空间谱长时累积处理方法，涉及水平拖线阵声纳装置，该装置包括：水平拖线阵；所述方法包括：
3、采用复域压缩感知方法对水平拖线阵接收数据进行空间谱合成，得到本帧数据对应空间谱；基于hough变化思想，对目标方位轨迹变化范围实现预估计；根据目标方位轨迹变化范围对多帧对应空间谱按目标方位轨迹变化斜率进行空间谱累积处理，实现空间谱跨波束长时累积处理，以提升能量累积效果。
4、作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：
5、步骤0)初始化l＝1；
6、步骤1)对水平拖线阵列的第l帧数据进行复解析变换，在复域构造水平拖线阵列各阵元信号x(t)的复解析数据其中，为x(t)对应的虚部数据，j为虚数，t为时间：
7、步骤2)在预设的扫描角度θn上，对各阵元复解析数据x(t)进行延时补偿，得到经时延补偿后的数据；
8、步骤3)在复域构建经时延补偿后的协方差矩阵并将经时延补偿后的协方差矩阵的主对角线元素置零，得到置零后的并对协方差矩阵
9、步骤4)按压缩感知方式构建观测序列并获取复域感知矩阵，其中，观测序列i为i＝[1,1,…,1]，复域感知矩阵为：
10、
11、其中，a(θn)为第n个扫描角度的导向向量，n＝1,2,…n，n为扫描角度总个数；其中，
12、
13、步骤5)通过求解以下凸优化问题来求解空间信号稀疏系数s(θ)：
14、min||s(θ)||1
15、
16、其中，min表示取最小值，|| ||1表示l阶范数，s.t.表示约束条件；
17、步骤6)对s(θ)进行处理，得到阵列第l帧数据对应空间谱pl(θ)：
18、pl(θ)＝|s(θ)|2
19、步骤7)令l＝l+1，对阵列第l帧数据按步骤1)至步骤6)进行处理，直至l＝l，其中，l为总帧数；
20、步骤8)设置目标方位轨迹变化范围为[-δθ,δθ]，求取目标方位轨迹变化斜率kθ：
21、
22、其中i为开始累积对应起始角度，i∈[-δθ,δθ]，并且i按扫描角度间隔变化，θ为空间谱对应角度，δθ为l帧累积中对应角度变化范围；
23、步骤9)依据目标方位轨迹变化斜率范围，求取每一个变化斜率kθ下的空间谱累积结果p(θn，kθ)：
24、
25、其中，pl(θn+kθ(l-l))为变化斜率kθ下的第l帧的空间谱；
26、步骤10)求取目标方位轨迹变化斜率范围内空间谱累积结果p(θn，kθ)的最大值p(θn)，将最大值p(θn)作为跨波束的空间谱累积结果，将所述p(θn)最大值对应位置作为目标方位轨迹变化率kθ,t：
27、p(θn)＝p(θn，kθ,t)
28、步骤11)依据目标方位轨迹变化率kθ,t对后续l＞l帧空间进行累积处理，以进一步提升能量累积效果。
29、作为上述方法的一种改进，所述步骤2)中第m个阵元复解析数据的经时延补偿后的数据为：
30、
31、其中，为第m个阵元的经时延补偿后的阵元信号，为对应的虚部数据；为第m个阵元的延时补偿量。
32、作为上述方法的一种改进，所述第m个阵元的延时补偿量为：
33、
34、其中，d为阵元间距，c为声速。
35、作为上述方法的一种改进，所述步骤3)中置零后的并对协方差矩阵为：
36、
37、其中，m＝1,2,…m，m为阵元总个数。
38、作为上述方法的一种改进，所述步骤4)中第n个扫描角度的导向向量a(θn)为：
39、
40、作为上述方法的一种改进，所述水平拖线阵声纳装置还包括：显控与信号处理机、甲板缆、绞车、导缆架和拖缆；其中，所述水平拖线阵通过拖缆与位于绞车上的甲板缆连接，所述拖缆还安装在导缆架上；所述水平拖线阵所接收的信号传输给显控与信号处理机。
41、为实现本专利技术的另一目的，本专利技术还提供一种跨波束的空间谱长时累积处理系统，包括：
42、合成模块，用于基于复域压缩感知方法对水平拖线阵接收数据进行空间谱合成，得到本帧数据对应空间谱；
43、估计模块，用于基于hough变化思想对目标方位轨迹变化范围实现预估计；
44、累计模块，用于根据目标方位轨迹变化范围对多帧对应空间谱按目标方位轨迹变化斜率进行空间谱累积处理，实现空间谱跨波束长时累积处理，以提升能量累积效果。
45、相较于现有技术，本专利技术的优点在于，本专利技术提供的跨波束的空间谱长时累积处理方法及系统，将空间谱中的方位变化信息通过轨迹斜率形式，实现提升能量累积效果，在目标方位轨迹变化较快情况下，克服了对采用同方位能量累积处理方式实现目标在时间历程上能量累积的影响。
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1.一种跨波束的空间谱长时累积处理方法，涉及水平拖线阵声纳装置，该装置包括：水平拖线阵；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述方法具体包括：
3.根据权利要求2所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述步骤2)中第m个阵元复解析数据的经时延补偿后的数据为：
4.根据权利要求3所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述第m个阵元的延时补偿量为：
5.根据权利要求2所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述步骤3)中置零后的并对协方差矩阵为：
6.根据权利要求5所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述步骤4)中第n个扫描角度的导向向量A(θn)为：
7.根据权利要求1所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述水平拖线阵声纳装置还包括：显控与信号处理机、甲板缆、绞车、导缆架和拖缆；其中，所述水平拖线阵通过拖缆与位于绞车上的甲板缆连接，所述拖缆还安装在导缆架上；所述水平拖线阵所接收的信号传输给显控与信号
8.一种跨波束的空间谱长时累积处理系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种跨波束的空间谱长时累积处理方法，涉及水平拖线阵声纳装置，该装置包括：水平拖线阵；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述方法具体包括：
3.根据权利要求2所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述步骤2)中第m个阵元复解析数据的经时延补偿后的数据为：
4.根据权利要求3所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于，所述第m个阵元的延时补偿量为：
5.根据权利要求2所述的跨波束的空间谱长时累积处理方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈新华，郑恩明，李嶷，杨鹤，张龙恩，
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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