一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法技术

本发明专利技术公开了一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法，该回波提取方法利用了回波、混响、被动辐射噪声的分布特征差异性，通过主动声纳宽带空间谱锐化和空间谱差分两级处理有效抑制了混响和被动辐射噪声干扰，增强了回波亮点强度，可实现低虚警率的自动回波亮点提取，为发展主动声纳自主检测和跟踪、以及智能化主动探测提供了可靠的先决条件，该方法原理清晰、实现步骤简单、计算量小，通过海试数据分析验证了该方法的有效性，为当前的装备改进和新产品研制提供一定技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法
本专利技术属于主动声纳宽带检测领域，主要是一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法。
技术介绍
主动声纳对水下目标的宽带检测常用手段是通过设置门限选取在主动宽带谱上回波亮点来判别目标有无。然而实际宽带谱数据中，还存在混响、被动辐射强干扰等因素的影响，这些因素会使主动宽带检测出现大量检测盲区或者产生不计其数的虚警；同时受声源与接收阵深度的起伏、阵形畸变及目标散射截面的动态变化等因素影响，使回波亮点在不同扫描周期出现“明暗闪烁”现象，这一现象会导致回波在持续扫描周期过程中出现非连续一致性，在回波较弱的单周期内出现漏报，也会导致主动序贯贝叶斯检测性能急剧下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的，主要包括以下步骤：(1)首先，通过匹配滤波和聚焦波束形成对接收基阵数据进行空间相干处理，得到相应的主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)，其中θ表示方位波束参数，r表示距离点参数，主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)包含了背景噪声、混响、被动辐射噪声和目标回波；(2)其次，由步骤(1)中得到的宽带空间谱进行锐化处理，重构锐化空间谱；(3)依据步骤(2)中得到的空间锐化谱Sshap(r,θ)，进行空间谱差分处理得到相应的空间差分谱Sdiff(r,θ)，其数学表示如下所示Sdiff(r,θ)＝(Sshap(r,θ)-Sshap(r-1,θ))/Sshap(r-1,θ)其中Sdiff(r,θ)表示空间差分谱，即空间差分处理后的宽带谱结果，Sshap(r,θ)表示空间锐化谱，即锐化后的方位-距离空间宽带谱，θ表示方位波束参数，r表示距离点参数；(4)在平均背景下，结合一定尺度回波的特征函数偏微分值作为门限γ，从规则化后的空间差分谱图上自动选取回波亮点进行目标判定。更进一步的，所述的锐化处理步骤需要选取方位波束窗wθ和距离点数窗wr，依据搜索窗内的数据特征化来重构锐化空间谱Sshap(r,θ)，其数学计算如下所示Sw＝S(r-wr:r+wr,θ-wθ:θ+wθ)Cr＝(Sw/mean(|Sw|))H(Sw/mean(|Sw|))Sshap(r,θ)＝Cr(wθ+1,wθ+1)其中，mean(·)表示均值化处理，|·|表示矩阵数据取模处理。更进一步的，在步骤(3)中，计算回波距离时需要补偿一个点的位移，即L＝(r+1)c/(2fs)，其中L表示补偿后计算得到的距离，r表示回波距离点参数，c表示声速，fs表示计算当前谱图的数值采样率。更进一步的，在步骤(4)中，计算表示如下本专利技术的有益效果为：本专利技术利用了回波、混响、被动辐射噪声的分布特征差异性，通过主动声纳宽带空间谱锐化和空间谱差分两级处理有效抑制了混响和被动辐射噪声干扰，增强了回波亮点强度，可实现低虚警率的自动回波亮点提取，为发展主动声纳自主检测和跟踪、以及智能化主动探测提供了可靠的先决条件，本专利技术原理清晰、实现步骤简单、计算量小，通过海试数据分析验证了该方法的有效性，为当前的装备改进和新产品研制提供了一定技术支撑。附图说明图1给出了主动声纳宽带谱回波亮点提取处理流程示意图。图2是给出了锐化处理过程中加窗后的谱图样本及对应的特征图。图3是针对T周期的实际海试数据处理示意图。图4是针对T周期的实际海试数据处理示意图。图5是针对T周期的实际海试数据处理示意图。图6是针对T周期的实际海试数据处理示意图。图7分别给出了T周期背景归一化和差分处理后的目标方位单波束结果示意图。图8是针对T+1周期的实际海试数据处理示意图。图9是针对T+1周期的实际海试数据处理示意图。图10是针对T+1周期的实际海试数据处理示意图。图11是针对T+1周期的实际海试数据处理示意图。图12分别给出了T+1周期背景归一化和差分处理后的目标方位单波束结果示意图。图13是针对T+2周期的实际海试数据处理示意图。图14是针对T+2周期的实际海试数据处理示意图。图15是针对T+2周期的实际海试数据处理示意图。图16是针对T+2周期的实际海试数据处理示意图。图17分别给出了T+2周期背景归一化和差分处理后的目标方位单波束结果示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做详细的介绍：如图1所示，一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法，其中包含了常规空间相干处理、锐化处理、差分处理及回波亮点自动提取，其中锐化处理和差分处理是最为核心的两个处理步骤，通过这两步处理后，可以充分抑制混响和被动辐射干扰，使回波峰值增强，从而容易实现回波亮点的自动提取；具体步骤如下：(1)依据常规宽带相干处理方法得到主动声纳宽带谱处理结果，从能量谱的结果中可以看出其中包含了背景噪声、混响、被动辐射噪声和目标回波，有时也有几乎被干扰堙没、难以分辨的目标回波；首先，通过匹配滤波和聚焦波束形成对接收基阵数据进行空间相干处理，得到相应的主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)，其中θ表示方位波束参数，r表示距离点参数；(2)其次，由步骤(1)中得到的宽带空间谱进行锐化处理，重构锐化空间谱；该处理步骤可以将点辐射状的回波、带辐射状的被动噪声凸显出来，对于由强渐弱的K分布特性的混响有一定的抑制效果，对于较弱的回波和被动辐射噪声均有一定的增强效果。所述的锐化处理步骤需要选取方位波束窗wθ和距离点数窗wr，依据搜索窗内的数据特征化来重构锐化空间谱Sshap(r,θ)，其数学计算如下所示Sw＝S(r-wr:r+wr,θ-wθ:θ+wθ)Cr＝(Sw/mean(|Sw|))H(Sw/mean(|Sw|))Sshap(r,θ)＝Cr(wθ+1,wθ+1)其中，mean(·)表示均值化处理，|·|表示矩阵数据取模处理。如图2所示，给出了锐化处理过程中加窗后的谱图样本及对应的特征图。(3)将锐化处理后的主动宽带谱进行距离维的空间谱差分处理，该步骤的数学含义是对空间谱进行求偏微分处理，因为宽带谱上回波特征呈现脉冲状特征，而被动辐射噪声呈现连续带状特征，若将其近似为特征函数，回波特征函数的偏导远大于被动辐射噪声特征函数的偏导，且对于径向尺度较大的不感兴趣的散射体，其宽带谱特征函数偏导也远小于径向尺度小的水下目标。依据步骤(2)中得到的空间锐化谱Sshap(r,θ)，进行空间谱差分处理得到相应的空间差分谱Sdiff(r,θ)，其数学表示如下所示Sdiff(r,θ)＝(Sshap(r,θ)-Sshap(r-1,θ))/Sshap(r-1,θ)其中Sdiff(r,θ)表示空间差分谱，即空间差分处理后的宽带谱结果，Sshap(r,θ)表示空间锐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法，其特征在于：主要包括以下步骤：/n(1)首先，通过匹配滤波和聚焦波束形成对接收基阵数据进行空间相干处理，得到相应的主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)，其中θ表示方位波束参数，r表示距离点参数，主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)包含了背景噪声、混响、被动辐射噪声和目标回波；/n(2)其次，由步骤(1)中得到的宽带空间谱进行锐化处理，重构锐化空间谱；/n(3)依据步骤(2)中得到的空间锐化谱S

【技术特征摘要】
1.一种主动声纳宽带空间谱回波亮点增强及自动提取方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)首先，通过匹配滤波和聚焦波束形成对接收基阵数据进行空间相干处理，得到相应的主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)，其中θ表示方位波束参数，r表示距离点参数，主动声纳方位-距离宽带空间谱S(r,θ)包含了背景噪声、混响、被动辐射噪声和目标回波；
(2)其次，由步骤(1)中得到的宽带空间谱进行锐化处理，重构锐化空间谱；
(3)依据步骤(2)中得到的空间锐化谱Sshap(r,θ)，进行空间谱差分处理得到相应的空间差分谱Sdiff(r,θ)，其数学表示如下所示
Sdiff(r,θ)＝(Sshap(r,θ)-Sshap(r-1,θ))/Sshap(r-1,θ)
其中Sdiff(r,θ)表示空间差分谱，即空间差分处理后的宽带谱结果，Sshap(r,θ)表示空间锐化谱，即锐化后的方位-距离空间宽带谱，θ表示方位波束参数，r表示距离点参数；
(4)在平均背景下，结合一定尺度回波的特征函数偏微分值作为门限γ，从规则化后的空间差分谱图上...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵鹏飞，邹丽娜，马启明，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33