[发明专利]一种基于分裂波束的水下目标的识别方法

权利要求书

1.一种基于分裂波束的水下目标的识别方法，该方法包括：

四象限分裂波束换能器以“窄带—宽带”波束交替周期的形式向某一海域发射特定频率和特定带宽的声波信号，将声波信号发射至该海域中的待测海洋生物目标，并产生散射回波信号，依次反射至四象限分裂波束换能器的四个通道接收机；

每个通道接收机依次接收从待测目标反射回来的回波信号，并分别对每个回波信号进行增益控制放大和AD模数转换，得到四个通道的窄带-宽带交替发射的数字信号，并将四个通道的窄带-宽带交替发射的数字信号发送至信号混合器；

信号混合器对接收的四个通道的窄带-宽带交替发射的数字信号进行窄带信号的波束分裂处理，获取待测目标在分裂波束的位置；

同时，信号合成器对接收的四个通道的数字信号进行宽带信号的合成处理，提取四个通道的数字信号中的宽带信号，并将该四个宽带信号进行合成，得到单波束宽带信号，并对其进行处理，得到待测目标的尺寸和生物物种；

将待测目标在四个分裂波束的位置、尺寸和生物物种进行融合，得到待测目标的信息，完成对待测目标的识别；

所述信号合成器对接收的四个通道的数字信号进行宽带信号的合成处理，提取四个通道的数字信号中的宽带信号，并将该四个宽带信号进行合成，得到单波束宽带信号，并对其进行处理，得到待测目标的尺寸和生物物种；其具体过程为：

信号合成器提取所接收的四个通道的数字信号中的宽带信号，并将四个宽带信号进行合成，得到合成后的宽带信号；

对合成后的宽带信号进行时变增益补偿，以补偿声波在水中传播的扩展损失和吸收损失，得到目标真实的回波能量，按照距离进行补偿，得到增益补偿后的宽带信号：

x_RX＝x_TX+Loss

其中，x_TX是发射时间序列的合成后的宽度信号；x_RX是接收时间序列的增益补偿后的宽带信号；

其中，

Loss＝20logR+αR (1)

其中，Loss是损失补偿量，单位：dB；R是待测目标的距离，单位：米；α是水的吸收系数，单位：dB/m；

采用匹配滤波器，采用傅立叶变换和傅立叶逆变换方法，对增益补偿后的宽带信号进行脉冲压缩处理，获得压缩脉冲信号：

x_MF＝F^-1{F(x_TX)F(x_RX)}        (2)

其中，x_MF是脉冲压缩信号；F(·)是傅立叶变换；F^-1{·}是傅立叶逆变换；

脉冲压缩信号x_MF的空间分辨率取决于信号的带宽，根据探测海洋生物情况，设置信号检测门限阈值，对脉冲压缩信号进行峰值分离处理，获得待测目标的起始位置和目标回波宽度，进而估计待测目标的尺寸大小；

根据脉冲压缩信号的傅立叶变换得到海洋生物不同解剖结构回波的宽带频谱，利用海洋生物的解剖结构对不同声波频率散射的差异，利用现有的识别方法，识别待测目标的生物物种。

2.根据权利要求1所述的基于分裂波束的水下目标的识别方法，其特征在于，所述四象限分裂波束换能器包括：

圆形平面阵列和若干个抽头，所述圆形平面阵列划分成4个首尾相连接的象限区域，包括：带有第一通道接收机的右上的第一象限区域、带有第二通道接收机的左上的第二象限区域、带有第三通道接收机的左下的第三象限区域和带有第四通道接收机的右下的第四象限区域。

3.根据权利要求2所述的基于分裂波束的水下目标的识别方法，其特征在于，所述第一象限区域、第二象限区域、第三象限区域和第四象限区域均设置P个基元，P由波束宽度、转换效率及旁瓣级确定。