一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法及系统，所述方法包含：步骤101)对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束；步骤102)采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量收敛区间，估计出波束的起始门和终止门；步骤103)根据确定的波束的起始门和终止门并采用幅度时间加权算法，估算出每个波束中船体回波的到达时间；步骤104)根据动态门限检测，计算出船舶的吃水深度，并且能对船型进行建模。本发明专利技术的提出实现方法提高了船舶吃水深度测量系统的智能性和自适应性。本发明专利技术的提出实现方法不仅能估算出船舶的吃水深度，并且可以获得船型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海洋领域的水声信号处理方法，具体涉及一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法及系统。
技术介绍
在内河航运中，部分船舶为了经济利益，进行超载航行，出现“超吃水”现象。这种现象对航道造成破坏，并且对船员的安全也带来了威胁，为此，测量船舶吃水深度对船舶的安全航行至关重要。而对回波信号中船体的检测是测量船舶吃水的关键步骤，常用的回波信号检测方法可分为两种：幅度检测法和相位检测法，而由于此船舶吃水测量系统中的多个接收波束是平行的，相位检测法并不适合于此系统。如果采用幅度时间加权检测算法，必须选择起始门和终止门，很难实现自适应的选择。
技术实现思路
本专利技术涉及一种船舶吃水深度测量系统中自适应船体检测方法，该方法首先对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束；接着采用能量收敛区间检测方法对每个波束计算出能量收敛区间，估计出波束的起始门和终止门；然后根据估计的波束的起始门和终止门采用幅度时间加权算法，估算出每个波束中船体回波的到达时间；最后根据动态门限检测，计算出船舶的吃水深度，并且能对船型进行建模。该方法能自适应地检测出船体，进而估算出船舶的吃水深度，并且能对船型进行建模，并且提高了船舶吃水深度测量系统的智能性。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，所述方法包含：步骤101)对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束；步骤102)采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量收敛区间，估计出波束的起始门和终止门；步骤103)根据估计的波束的起始门和终止门并采用幅度时间加权算法，估算出所有波束中船体回波的到达时间；步骤104)根据动态门限检测，计算出船舶的吃水深度，并且能对船型进行建模。可选的，上述步骤102)进一步包含：步骤102-1)假设每个波束数据的时间序列长度均为WT，幅度值记为A(t)，船体的散射回波信号为Dw，发射信号脉宽为τ；将每个波束数据长度WT分为K个子窗，每个子窗的宽度Wd＝WT/K，各个子窗的能量Ei通过积分可表示为:Ei=∫titi+WdA(t)dt,(i=1,2,3,...,K)]]>其中，ti为第i个子窗的起始时刻；将上述所有子窗的能量进行相邻两个合并，得到“K-1”个相互重叠的新子窗，且每个新子窗的能量分别为：EWni=Ei+Ei+1,(i=1,2,3,...,K-1)]]>从所有新子窗中，搜索出能量最大值对应的子窗则能量中心收敛区间位于新子窗内，且新的时间窗长度为步骤102-2)对计算得到的新子窗长度选择相应的操作，如果则更新并重复上述操作进行迭代；直到判断若则令并再执行一次步骤102-1)的操作，迭代结束，进而确定能量收敛区间的起始门Wstart和终止门Wend，并转化为时间起始门Tstart和终止门Tend。上述展宽后的回波信号宽度Dw＝2τ。上述子窗个数为4。上述步骤103)进一步包含：步骤103-1)求时间起始门Tstart和终止门Tend之内的波束数据的幅度的平均值进而得到本时间窗的门限值，并进行动态门限检测，即：对于此时间窗内的波束数据，保留大于门限的数据，剔除小于门限的数据；步骤103-2)步骤103-1)保留的数据序列包含位于起始门和终止门之间且幅度在相应门限之上的数据序列，根据保留的数据序列估算此波束中船体目标散射回波的到达时间tc：tc=Σi=1NAitiΣi=1NAi]]>其中，N为步骤103-1)中保留的数据序列的个数，Ai和ti分别表示为步骤103-1)保留的数据序列中的第i个数据的幅度和对应的时刻；步骤103-3)根据每个平行接收波束得到每个波束中船体散射回波的到达时间，且根据步骤103-1)能得到每个波束数据的动态门限；对每帧数据中的所有的平行波束动态门限的幅值累加求平均值得到门限Th；对每帧数据中的多个平行波束进行处理，步骤103-1)计算出的每个波束的门限值若大于门限Th，则认为此波束中有船体，且可得到步骤103-2)中得到的船体的到达时间tc，否则认为无船体。此外，本专利技术还提供了一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测系统，所述系统包含：平行波束生成模块，用于对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束；波束起始门和终止门估算模块，用于采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量收敛区间，估计出波束的起始门和终止门；第一处理模块，用于采用幅度时间加权算法，估算出所有波束中船体回波的到达时间；和第二处理模块，用于根据动态门限检测，计算出船舶的吃水深度，并且能对船型进行建模。上述波束起始门和终止门估算模块进一步包含：参数设置子模块，用于假设每个波束数据的时间序列长度均为WT，幅度值记为A(t)，船体的散射回波信号为Dw，发射信号脉宽为τ；将每个波束数据长度WT分为K个子窗，每个子窗的宽度Wd＝WT/K，各个子窗的能量Ei通过积分可表示为:Ei=∫titi+WdA(t)dt,(i=1,2,3,...,K)]]>其中，ti为第i个子窗的起始时刻；将上述所有子窗的能量进行相邻两个合并，得到“K-1”个相互重叠的新子窗，且每个新子窗的能量分别为：EWni=Ei+Ei+1,(i=1,2,3,...,K-1)]]>从所有新子窗中，搜索出能量最大值对应的子窗则能量中心收敛区间位于新子窗内，且新的时间窗长度为判决处理子模块，用于对计算得到的新子窗长度选择相应的操作，如果则更新并重复上述操作进行迭代；直到判断若则令并再执行一次步骤102-1)的操作，迭代结束，进而确定能量收敛区间的起始门Wstart和终止门Wend，并转化为时间起始门Tstart和终止门Tend。上述展宽后的回波信号宽度Dw＝2τ。上述子窗个数为4。上述第一处理模块进一步包含：数据保留处理子模块，用于求时间起始门Tstart和终止门Tend之内的波束数据的幅度的平均值进而得到本时间窗的门限值，并进行动态门限检测，即：对于此时间窗内的波束数据，保留大于门限的数据，剔除小于门限的数据；第四处理子模块，用于根据保留的数据序列估算此波束中船体目标散射回波的到达时间tc，所述保留的数据序列包含位于起始门和终止门之间且幅度在相应门限之上的数据序列：tc=Σi=1NAitiΣi=1NAi]]>其中，N为步骤103-1)中保留的数据序列的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，所述方法包含：步骤101)对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束；步骤102)采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量收敛区间，估计出波束的起始门和终止门；步骤103)根据估计的波束的起始门和终止门并采用幅度时间加权算法，估算出每个波束中船体回波的到达时间；步骤104)根据动态门限检测，计算出船舶的吃水深度，并且对船型进行建模。

【技术特征摘要】
1.一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，所述方法包含：
步骤101)对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束；
步骤102)采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量收敛区间，估计出波
束的起始门和终止门；
步骤103)根据估计的波束的起始门和终止门并采用幅度时间加权算法，估算出
每个波束中船体回波的到达时间；
步骤104)根据动态门限检测，计算出船舶的吃水深度，并且对船型进行建模。
2.根据权利要求1所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在
于，所述步骤102)进一步包含：
步骤102-1)假设每个波束数据的时间序列长度均为WT，幅度值记为A(t)，
船体的散射回波信号为Dw，发射信号脉宽为τ；
将每个波束数据长度WT分为K个子窗，每个子窗的宽度Wd＝WT/K，各个
子窗的能量Ei通过积分可表示为:
Ei=∫titi+WdA(t)dt,(i=1,2,3,...,K)]]>其中，ti为第i个子窗的起始时刻；
将上述所有子窗的能量进行前后相邻两个合并，得到“K-1”个相互重叠的新子
窗，且每个新子窗的能量分别为：
EWni=Ei+Ei+1,(i=1,2,3,...,K-1)]]>从所有新子窗中，搜索出能量最大值对应的子窗则能量中心收敛区间位
于新子窗内，且新的时间窗长度为WWni=Wd×2=2WTK;]]>步骤102-2)对计算得到的新子窗长度选择相应的操作，如果则更新并重复上述操作进行迭代；直到判断若
则令并再执行一次步骤102-1)的操作，迭代结束，
进而确定能量收敛区间的起始门Wstart和终止门Wend，并转化为时间起始门Tstart和终
止门Tend。
3.根据权利要求2所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在
于，展宽后的回波信号宽度Dw＝2τ。
4.根据权利要求2所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在
于，所述子窗个数为4。
5.根据权利要求2、3或4所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其
特征在于，所述步骤103)进一步包含：
步骤103-1)求时间起始门Tstart和终止门Tend之内的波束数据的幅度的平均值进
而得到本时间窗的门限值，并进行动态门限检测，即：对于此时间窗内的波束数据，
保留大于门限的数据，剔除小于门限的数据；
步骤103-2)步骤103-1)保留的数据序列包含位于起始门和终止门之间且幅度
在相应门限之上的数据序列，根据保留的数据序列估算此波束中船体目标散射回波
的到达时间tc：
tc=Σi=1NAitiΣi=1NAi]]>其中，N为步骤103-1)中保留的数据序列的个数，Ai和ti分别表示为步
骤103-1)保留的数据序列中的第i个数据的幅度和对应的时刻；
步骤103-3)根据每个平行接收波束得到每个波束中船体散射回波的到达时间，
且根据步骤103-1)能得到每个波束数据的动态门限；对每帧数据中的所有的平行波
束动态门限的幅值累加求平均值得到门限Th；对每帧数据中的多个平行波束进行处
理，步骤103-1)计算出的每个波束的门限值若大于门限Th，则认为此波束中有船
体，且可得...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫路，许枫，刘佳，温涛，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11