一种二维振速梯度水听器的被动目标相关检测方法技术

本发明专利技术公开了一种二维振速梯度水听器的被动目标相关检测方法。该方法利用振速水听器的接收数据，先计算出中心点处的振速和振速梯度，后对二者进行互相关处理，利用互相关处理器的输出来检测是否存在被动目标，并根据不同角度上检测概率的分布粗略估计目标的方位。有益效果是：本发明专利技术充分利用了振速和振速梯度的指向性，以及噪声及目标信号振速与振速梯度信息相关性的差异性特点，降低了被动目标的可检测信噪比，从而有效的提高被动目标的探测距离。本发明专利技术方法对水下弱目标的远程探测与参数估计均有重要意义，可以在浮标、潜标、鱼探仪、水下航行器、水下定位与导航等产品中应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种二维振速梯度水听器的被动目标相关检测方法，具体的说，是一种利用二维振速梯度水听器中心点处的振速和振速梯度信息，通过互相关处理来检测是否存在被动目标的方法。
技术介绍
随着科学的发展、技术的进步，军用、民用海洋装备对小孔径、远程、高精度的水下探测设备需求增加，这使得水听器检测技术不断发展进步，也促使新的水下传感技术发展，如近十几年来快速发展的矢量水听器技术。矢量水听器可同时共点的获取声场的声压(标量)、振速(矢量)信息。振速具有与频率无关的偶极子指向性，且声压和振速信息联合处理可以有效地抑制噪声，提高被动目标的探测能力。在低频段，矢量水听器相比于声压水听器阵具有体积小，重量轻，便于布放等优点，广泛应用于军事探潜、海洋生物研究、地震监测和环境噪声测量等系统中。为了得到指向性更加尖锐的传感器，很多学者对振速梯度水听器开展了系列研究，已经通过理论分析和实场实验证明了振速梯度水听器可以获得更好的指向性。如何利用振速梯度水听器实现被动目标的远程检测和有效参数估计，还有待开展进一步的研究。各向同性噪声的振速和振速梯度是不相关的，而目标信号的振速与振速梯度是相干的。如果有一种处理方法或技术，能够将振速与振速梯度信息联合处理，则可提高振速梯度水听器的检测性能，有效增强其探测距离，这种技术必然会扩展振速梯度水听器的应用范围，特别是在水下小孔径测量和监视系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是：利用目标信号和环境噪声信号振速与振速梯度相关信息的差异性，提供一种简单实用、稳健可靠、可检测信噪比低的二维振速梯度水听器被动目标
的相关检测方法。本专利技术的技术方案是：一种二维振速梯度水听器被动目标的相关检测方法，包括如下的步骤：步骤一：将二维振速梯度水听器接收的八个通道实数信号数据vxi、vyi(i＝1,…,4)，通过希尔伯特变换器转换成复数信号步骤二：对四个通道的x轴复振速信号求平均，求取振速梯度水听器中心点处x轴方向振速步骤三：对四个通道的y轴复振速信号求平均，求取振速梯度水听器中心点处y轴方向振速步骤四：利用八通道振速复信号求振速梯度水听器中心点处横向振速梯度和纵向振速梯度步骤五：利用引导方向α，对振速梯度水听器中心点处振速分量进行加权处理，得到合成振速 v ~ c ( α ) = v ~ o x c o s α + v ~ o y s i n α ; ]]>步骤六：利用引导方向α，对振速梯度水听器中心点处横向振速梯度和纵向振速梯度进行加权处理，得到合成振速梯度 d ~ c ( α ) = ∂ v ~ x / ∂ xcos 2 α + ∂ v ~ y / ∂ ysin 2 α + ( ∂ v ~ x / ∂ y + ∂ v ~ y / ∂ x ) cos α sin α ; ]]>步骤七：对M个采样点的合成振速与合成振速梯度进行相关处理，得到被动目标的检测统计量 D ( α , M ) = Σ n = 1 M | | v ~ c ( α , n ) · d ~ c ( α , n ) | | ; ]]>步骤八：根据系统要求的最大虚警概率和上述检验统计量D(α,M)，在噪声环境中计算出不同引导方位上的检测门限Dth(α,M)；步骤九：实时计算D(α,M)，将D(α,M)与Dth(α,M)进行比较，如果D(α,M)＞Dth(α,M)，则目标存在，反之目标不存在，并在不同的α上进行扫描，根据成功检测概率的分布粗略估计目标的方位区域。本专利技术的有益效果是:本专利技术提供了一种稳健、低信噪比的振速梯度水听器被动目标检测方法，根据水听器的接收数据，计算出中心点处组合振速和组合振速梯度，对二者进行互相关处理，利用互相关处理器的输出来检测被动弱目标有无，并粗略估计目标的方位区域，对水声探测与通信均有重要意义。本专利技术充分利用了振速和振速梯度的指向性，以及噪声和目标信号振速与振速梯度相关信息的差异性特点，降低了被动目标的可检测信噪比，从而有效的提高被动目标的探测距离。本专利技术方法对水下弱目标检测与参数估计具有重要意义,可以在浮标、潜标、鱼探仪、水下航行器、水下定位与导航等产品中应用。附图说明图1是本专利技术提出的二维振速梯度水听器被动目标检测的信号处理流程图。图2是二维振速梯度水听器的结构示意图。图3为实施例中目标信号中心频率f0＝1kHz，系统采样频率为fs＝8f0，噪声为数值模拟的各向同性噪声，系统地虚警概率Pf＝0.05，目标在90°方位时，振速梯度水听器振速与振速梯度互相关检测器检测成功概率统计结果图。图4为实施例中目标信号中心频率f0＝1kHz，系统采样频率为fs＝8f0，噪声为数值模拟的各向同性噪声，系统地虚警概率Pf＝0.05，目标在45°方位时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维振速梯度水听器的被动目标相关检测方法，包括如下步骤：步骤一：将二维振速梯度水听器八个通道的接收数据vxi、vyi(i＝1,2,3,4)，通过希尔伯特变换器转换成复数信号(i＝1,2,3,4)；步骤二：对四个通道的x轴复振速信号(i＝1,2,3,4)求平均，求取振速梯度水听器中心点处x轴方向振速步骤三：对四个通道的y轴复振速信号(i＝1,2,3,4)求平均，求取振速梯度水听器中心点处y轴方向振速步骤四：利用八通道振速复信号(i＝1,2,3,4)求振速梯度水听器中心点处横向振速梯度和纵向振速梯度步骤五：利用引导方向α，对振速梯度水听器中心点处振速分量进行加权处理，得到合成振速v~c(α)=v~oxcosα+v~oysinα;]]>步骤六：利用引导方向α，对振速梯度水听器中心点处横向振速梯度和纵向振速梯度进行加权处理，得到合成振速梯度d~c(α)=∂v~x/∂xcos2α+∂v~y/∂y sin2α+(∂v~x/∂y+∂v~y/∂x)cosαsinα;]]>步骤七：对M个采样点的合成振速与合成振速梯度进行相关处理，得到被动目标的检测统计量D(α,M)=Σn=1M||v~c(α,n)·d~c(α,n)||;]]>步骤八：根据系统要求的最大虚警概率Pf和上述检验统计量D(α,M)，在噪声环境中计算出不同引导方位上的检测门限Dth(α,M)；步骤九：实时计算D(α,M)，将D(α,M)与Dth(α,M)进行比较，如果D(α,M)＞Dth(α,M)，则目标存在，反之目标不存在，并在不同的α上进行扫描，根据成功检测概率的分布粗略估计目标的方位。...

【技术特征摘要】
1.一种二维振速梯度水听器的被动目标相关检测方法，包括如下步骤：步骤一：将二维振速梯度水听器八个通道的接收数据vxi、vyi(i＝1,2,3,4)，通过希尔伯特变换器转换成复数信号(i＝1,2,3,4)；步骤二：对四个通道的x轴复振速信号(i＝1,2,3,4)求平均，求取振速梯度水听器中心点处x轴方向振速步骤三：对四个通道的y轴复振速信号(i＝1,2,3,4)求平均，求取振速梯度水听器中心点处y轴方向振速步骤四：利用八通道振速复信号(i＝1,2,3,4)求振速梯度水听器中心点处横向振速梯度和纵向振速梯度步骤五：利用引导方向α，对振速梯度水听器中心点处振速分量进行加权处理，得到合成振速 v ~ c ( α ) = v ~ o x c o s α + v ~ o y s i n α ; ]]>步骤六：利用引导方向α，对振速梯度水听器中心点处横向振速梯度和纵向振速梯度进行加权处理，得到合成振速梯度 d ~ c ( α ) = ∂ v ~ x / ∂ xcos 2 α + ∂ v ~ y / &part...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绪虎，张群飞，吉爱国，吴则举，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37