[发明专利]基于激光后向散射多普勒频移的水中目标尾迹探测方法

摘要

本发明公开了一种基于激光后向散射多普勒频移的水中目标尾迹探测方法。主要解决现有技术探测信噪比低、距离近的问题。其实现方案是：1.组建包括激光发射装置、后向散射信号检测装置、尾迹模拟器和信号处理装置的探测系统；2.由激光发射装置向水中发射激光构成差动多普勒光路；3.利用后向散射信号检测装置多次测量差动多普勒光路中尾迹模拟器产生的后向散射多普勒频移信号，由信号处理装置对后向散射多普勒频移信号进行实时处理，确定目标尾迹判断标准；4.对实际水域后向散射多普勒频移信号进行测量和处理，并与判断标准比较，判断目标尾迹是否存在。本发明具可靠性高、探测距离远、抗干扰能力强的优点，可用于对水中动态目标的实时探测。

主权项

一种基于激光后向散射多普勒频移的水中目标尾迹探测方法，包括如下步骤：1)利用激光发射装置、后向散射信号检测装置、散射信号处理装置及尾迹模拟器组建实验系统；2)在实验室环境下，利用激光发射装置向水中发射激光，并构成差动多普勒探测光路，用后向散射信号检测装置分别采集差动探测光路在静水时的后向散射多普勒频移信号I_m、水中有气泡时的后向散射多普勒频移信号I_b和水中有紊流时的后向散射多普勒频移信号I_t；3)通过散射信号处理装置对实验室环境下采集到的静水时后向散射多普勒频移信号I_m、水中有气泡时的后向散射多普勒频移信号I_b、水中有紊流时的后向散射多普勒频移信号I_t进行实时处理，获取实验室环境下多普勒频移信号的如下特征参数平均值：静水时后向散射多普勒频移信号的频谱宽度特征参数W_m的平均值频谱峰值特征参数H_m的平均值和频谱面积特征参数S_m的平均值水中有气泡时后向散射多普勒频移信号的频谱f特征参数W_b的平均值频谱峰值特征参数H_b的平均值和频谱面积特征参数S_b的平均值水中有紊流时后向散射多普勒频移信号的频谱宽度特征参数W_t的平均值频谱峰值特征参数H_t的平均值和频谱面积特征参数S_t的平均值4)计算实验室环境下后向散射多普勒频移信号的特征参数偏差值：以所述实验室环境下静水时所得后向散射多普勒频移信号的频谱宽度特征参数W_m的平均值为基准，分别计算水中有气泡时频谱宽度特征参数的平均值相对于基准的偏差值W_bm、水中有紊流时频谱宽度特征参数W_t的平均值相对于基准的偏差值W_tm；以所述实验室环境静水时所得后向散射多普勒频移信号的频谱峰值特征参数H_m的平均值为基准，分别计算水中有气泡时频谱峰值特征参数H_b的平均值相对于基准的偏差值H_bm、水中有紊流时频谱峰值特征参数H_t的平均值相对于基准的偏差值H_tm；以所述实验室环境下静水时所得后向散射多普勒信号的频谱面积特征参数S_m的平均值为基准，分别计算水中有气泡时频谱面积特征参数S_b的平均值相对于基准的偏差值S_bm、水中有紊流时频谱面积特征参数S_t的平均值相对于基准的偏差值S_tm；5)确定实验室环境下后向散射多普勒频移信号的特征参数阈值，并用这些特征参数阈值作为判断目标尾迹是否存在的判断标准：在实验室环境下，将水中有气泡时频谱宽度特征参数W_b的平均值相对于基准的偏差值W_bm，与水中有紊流时频谱宽度特征参数W_t的平均值相对于基准的偏差值W_tm进行比较，将其中较小的偏差值W_min作为频谱宽度特征参数阈值；在实验室环境下，将水中有气泡时频谱峰值特征参数H_b的平均值相对于基准的偏差值H_bm，与水中有紊流时频谱峰值特征参数H_t的平均值相对于基准的偏差值H_tm进行比较，将其中较小的偏差值H_min作为频谱峰值特征参数阈值；在实验室环境下，将水中有气泡时频谱面积特征参数S_b的平均值相对于基准的偏差值S_bm，与水中有紊流时频谱面积特征参数S_t的平均值相对于基准的偏差值S_tm进行比较，将其中较小的偏差值S_min作为频谱面积特征参数阈值；6)在实际水域中，利用激光发射装置向水中发射激光，并构成差动多普勒探测光路，用后向散射信号检测装置采集实际水域的后向散射信号I_r；7)获取实际水域中后向散射多普勒频移信号特征参数的平均值：由信号处理装置对实际水域中采集到的后向散射多普勒频移信号I_r进行实时处理，得到激光后向散射多普勒频移信号的频谱宽度特征参数W_r的平均值频谱峰值特征参数H_r的平均值和频谱面积的特征参数S_r的平均值8)计算实际水域中后向散射多普勒频移信号特征参数的偏差值：计算实际水域中后向散射多普勒频移信号I_r的频谱宽度特征参数W_r的平均值相对于实验室静水时基准的偏差值W_rm；计算实际水域中后向散射多普勒频移信号I_r的频谱峰值特征参数H_r的平均值相对于实验室静水时基准的偏差值H_rm；计算实际水域中后向散射多普勒频移信号I_r的频谱面积特征参数S_r的平均值相对于实验室静水时基准的偏差值S_rm；9)根据特征参数的偏差值判定目标尾迹是否存在：若实际水域中激光后向散射多普勒信号I_r的频谱宽度、频谱峰值和频谱面积的特征参数平均值的偏差值W_rm、H_rm、S_rm，都大于实验得到的这些特征参数各自对应的特征参数阈值W_min、H_min、S_min，则目标尾迹存在，否则目标尾迹不存在。