[发明专利]一种基于压缩感知的水下动目标检测方法

说明书

一种基于压缩感知的水下动目标检测方法，涉及信号与信息处理领域的目标检测。包括以下步骤：1)建立声呐的线性调频信号回波模型；2)声呐发射的线性调频矩形脉冲被目标二次散射后回到接收机，通过chirplet变换检测动目标回波信号模型对回波信号进行分析；3)利用压缩感知提取调频率曲线特征，在压缩感知处理时，构造出观测矩阵Φ，获得M×N的观测系数，M、N分别为重构矩阵和回波信号的维数，然后利用恢复算法重构出原始信息，利用压缩感知提取回波信号特征参数，同时抑制水下信道的背景噪声。可以清晰地刻画单分量信号的时频变化关系，对于瞬时频率轨迹线非线性的回波信号能保证分辨能力，保证了时频域的聚集性。

技术领域

本发明涉及信号与信息处理领域的目标检测，尤其是涉及一种基于压缩感知的水下动目标检测方法。

背景技术

因为海洋实际环境的复杂性、多径效应、多普勒效应和脉冲干扰的存在，导致回波信号处理、线性调频信号的检测、识别和参数提取等难度增加。水下航行器航行过程中受到复杂水动力负载的作用，实时、准确地测量复杂海洋环境下它的运动状态对水动力布局设计、控制系统方案设计和航道特性具有重要的意义。而水下目标运动状态的检测是一项具有挑战的工作，引起了学者的广泛研究。

目前，水下物体运动状态监测方法主要有基线测速和声学测速。线性调频信号是一种典型的非平稳信号，具有较大时宽带宽积，低截获概率，强抗多普勒频移干扰能力，且该信号本身的重要参数包含了目标的位置和运动状态信息。因此线性调频信号可广泛应用于水下动目标定位、追踪等目标位置与运动状态信息感知领域。

但由于现代声呐中，普遍采用脉冲压缩技术来提高声呐检测目标能力，并降低声呐的峰值发射功率，使得传统的接收机难以检测到信号。加之海洋实际环境的复杂性，导致多径效应、多普勒效应和脉冲干扰的存在，而且往往随着信息传递的时间、空间和频率不同而发生着变化，更是增加了回波信号处理的难度，给线性调频信号的检测、识别和参数提取带来了全新的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压缩感知的水下动目标检测方法。

本发明包括以下步骤：

1)建立声呐的线性调频信号回波模型；

2)声呐发射的线性调频矩形脉冲被目标二次散射后回到接收机，通过chirplet变换检测动目标回波信号模型对回波信号进行分析；

3)利用压缩感知提取调频率曲线特征，在压缩感知处理时，构造出观测矩阵Φ，获得M×N的观测系数，M、N分别为重构矩阵和回波信号的维数，然后利用恢复算法重构出原始信息，利用压缩感知提取回波信号特征参数，同时抑制水下信道的背景噪声。

在步骤1)中，所述建立声呐的线性调频信号回波模型的具体方法可为：

由声纳发射出一个线性调频矩形脉冲信号，线性调频矩形脉冲信号的复数表达式为：

其中，

式中，是复包络，k＝B/T是调频率，B是调频宽度，T是重复周期，b为脉冲宽度，f_c为载波频率。

在步骤2)中，所述声呐发射的线性调频矩形脉冲被目标二次散射后回到接收机，通过chirplet变换检测动目标回波信号模型对回波信号进行分析，chirplet变换的表达式为：

CTs(t,f,a,c,d)＝∫s(τ)h*(τ-t,f,a,c,d)dτ

其中，h(τ-t,f,a,c)为chirplet核函数，其表达式为：