[发明专利]一种基于非均匀线阵的水面目标识别系统及识别方法

说明书

本发明涉及一种基于非均匀线阵的水面目标识别系统及识别方法，可实现快速识别水下目标和水面目标，所需硬件资源极少，系统功耗低，节省能量，所需运算资源较少，能快速给出判决结果，可为水面目标的精确识别提供信息。

技术领域

本发明属于水声信号处理领域，特别涉及一种基于非均匀线阵的水面目标识别系统及识别方法。

背景技术

现有的基于水声的目标识别系统主要应用在水下目标探测与分类领域，且水声目标特征数据库还有待完善，识别的准确度与海域又较大关系，还处于发展完善阶段。 但是，海水中的目标识别技术在水下声成像、水下勘探、水下作业等领域，都有非常 广阔的应用前景，是水声信号处理中备受重视的研究领域。

水下目标识别技术主要通过声学手段,一般分为主动和被动两种工作模式，利用目标反射的回波信号或者目标自主辐射的噪声信号，采用水听器阵列获取空间增益， 以此提高接收信号的信噪比，之后需提取目标的声学特征并与数据库进行相关运算， 实现小信噪比下准确识别水下目标的目的。水下目标识别技术面临三个主要的技术难 点，一是目标辐射信号一般极其微弱，需要在低信噪比下进行信号的检测与识别；二 是目标的声学特征难以确定，声学特征依赖于目标的形状、体积、材质、运动方式、 运行速度等多个因素；三是为了实现准确的目标识别需要庞大且准确的数据库，这种 数据库的构建是个长期且困难的工作。

为了应对水下目标识别面临的这些困难，本专利提出了一种简化的应对方法，即将水下目标识别简化为仅区分目标为水下目标还是水面目标，仅对水下及水面目标进 行二分类。这种处理方法虽然无法完成对水下目标的准确分类，但这种分类方法不依 赖水下目标的形状、结构、尺寸等物理特征等，也不依赖于目标的声学特征及数据库， 仅与目标在水下的深度有关，是一种可稳定可靠进行分类的方法，而且可作为进一步 目标识别与分类的判决依据。

现有文献及研究中，没有基于非均匀线阵的水面目标识别系统。在无人船领域中有水面目标识别系统相关研究，主要集中在机器视觉方面，采用雷达检测、卫星遥 感、红外成像、可见光成像等方式获取水面目标的图像，之后使用图像处理、特征提 取的方式区分水面目标的种类，可应用在无人船的自动驾驶等方面，为无人船的导航 避障和目标跟踪提供参考。该技术的目标是精确识别水面目标的种类，为机器决策提 供支撑，但是该技术并不区分水面目标和水下目标。进一步讲，现有声纳技术中，通 常会对水下目标进行水平向定位，确定目标的方位及距离，但较少对目标深度进行估 计，仅在使用匹配场技术进行定位时会估计目标深度，不对水面目标和水下目标进行 区分。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有水下目标识别技术中目标声学特征采集困难，难以构造完备特征数据库的不足和缺陷，本发明设计一种基于非均匀线阵的水 面目标识别系统及识别方法。

本发明的技术方案是：一种基于非均匀线阵的水面目标识别系统，其特征在于，包括非均匀线阵、模拟滤波放大模块、多通道数据采集A/D、DSP数字信号处理模块和 输出模块；

所述非均匀线阵包括n个水听器，其中n大于等于4；n个水听器不等间距垂直布放，阵中心位于水面下1，且需保证阵的最上方水听器位于水面之下，所述非均匀线阵为中 心对称阵列；

所述非均匀线阵接收到声信号后，通过模拟滤波放大模块将声信号进行抗混叠滤波与放大处理，滤除带外噪声，提高采样前端模拟信号的信噪比，后传入多通道数据 采集A/D模块；经多通道数据采集A/D模块实现模/数转换后，将数字化后的声信号传入 DSP数字信号处理模块；经DSP数字信号处理模块进行频域波束形成，把时域数据变化 到波束域，之后在DSP中实现双波束比幅法判决处理后进行输出，输出的是目标俯仰角 的估计值，最后采用聚类分析方法进行水面/水下目标的二分类任务；同时需要使用DSP 数字信号处理模块内部的定时器，通过定时器设定多通道数据采集A/D模块的采样频 率，进行采集控制。

本发明进一步的技术方案是：所述非均匀线阵中的阵中心位于水面下15m处。