[发明专利]一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法

说明书

本发明公开了一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法，该回波提取方法利用了回波、混响、被动辐射噪声的分布特征差异性，通过主动声纳宽带空间谱锐化和空间谱差分两级处理有效抑制了混响和被动辐射噪声干扰，增强了回波亮点强度，可实现低虚警率的自动回波亮点提取，为发展主动声纳自主检测和跟踪、以及智能化主动探测提供了可靠的先决条件，该方法原理清晰、实现步骤简单、计算量小，通过海试数据分析验证了该方法的有效性，为当前的装备改进和新产品研制提供一定技术支撑。

技术领域

本发明属于主动声纳宽带检测领域，主要是一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法。

背景技术

主动声纳对水下目标的宽带检测常用手段是通过设置门限选取在主动宽带谱上回波亮点来判别目标有无。然而实际宽带谱数据中，还存在混响、被动辐射强干扰等因素的影响，这些因素会使主动宽带检测出现大量检测盲区或者产生不计其数的虚警；同时受声源与接收阵深度的起伏、阵形畸变及目标散射截面的动态变化等因素影响，使回波亮点在不同扫描周期出现“明暗闪烁”现象，这一现象会导致回波在持续扫描周期过程中出现非连续一致性，在回波较弱的单周期内出现漏报，也会导致主动序贯贝叶斯检测性能急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，主要包括以下步骤：

(1)首先，通过匹配滤波和聚焦波束形成对接收基阵数据进行空间相干处理，得到相应的主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)，其中θ表示方位波束参数，r表示距离点参数，主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)包含了背景噪声、混响、被动辐射噪声和目标回波；

(2)其次，由步骤(1)中得到的宽带空间谱进行锐化处理，重构锐化空间谱；

(3)依据步骤(2)中得到的空间锐化谱S_shap(r,θ)，进行空间谱差分处理得到相应的空间差分谱S_diff(r,θ)，其数学表示如下所示

S_diff(r,θ)＝(S_shap(r,θ)-S_shap(r-1,θ))/S_shap(r-1,θ)

其中S_diff(r,θ)表示空间差分谱，即空间差分处理后的宽带谱结果，S_shap(r,θ)表示空间锐化谱，即锐化后的方位-距离空间宽带谱，θ表示方位波束参数，r表示距离点参数；

(4)在平均背景下，结合一定尺度回波的特征函数偏微分值作为门限γ，从规则化后的空间差分谱图上自动选取回波亮点进行目标判定。

更进一步的，所述的锐化处理步骤需要选取方位波束窗w_θ和距离点数窗w_r，依据搜索窗内的数据特征化来重构锐化空间谱S_shap(r,θ)，其数学计算如下所示

S_w＝S(r-w_r:r+w_r,θ-w_θ:θ+w_θ)

Cr＝(S_w/mean(|S_w|))^H(S_w/mean(|S_w|))

S_shap(r,θ)＝Cr(w_θ+1,w_θ+1)

其中，mean(·)表示均值化处理，|·|表示矩阵数据取模处理。