一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法，包括：设计宽带组合脉冲信号作为主动声呐的发射信号；利用发射信号中的子脉冲信号与主动声呐接收到的回波信号进行匹配滤波；对匹配滤波结果进行倒谱变换；读取倒谱结果中的峰值所对应的时间，并进行目标相对径向运动速度的估计。本发明专利技术可以在较低信噪比的情况下，使用较少的计算量获得较为准确的主动目标相对径向运动速度估计值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法


[0001]本专利技术涉及主动声呐系统中的目标参数估计领域，特别是涉及一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法。

技术介绍

[0002]主动声呐通过发射声波接收目标回波信号，对接收到的回波进行特征提取，从而估计目标参数。主动声呐常用的发射信号为宽带信号，宽带信号的频率分辨力较差，使用宽带信号对目标相对径向运动速度的估计不能满足实际需求，尤其是在低信噪比的情况下。
[0003]目前使用宽带信号进行目标相对径向运动速度估计的方法主要是匹配追踪法，该方法通过遍历所有的目标相对径向运动速度回波与发射信号的匹配滤波结果，记录不同速度值下匹配滤波结果的最大值，找出不同速度下记录的匹配滤波最大值中的最大值，将该最大值所对应的速度值作为估计的目标相对径向运动速度值。匹配追踪法的计算复杂度较高，要求的测量精度越高，所需要的计算量也越大。倒谱是一种非线性信号运算方法，可以将信号中的卷积运算转变为倒谱域中的相加运算，常常用于估计目标的时延，目前没有将倒谱用于估计主动目标相对径向运动速度的先例。
[0004]在实际情况中，目标相对于声呐的运动方向也是一个受到关注的部分，在主动声呐宽带系统中，如何使用较少的计算量估计目标的相对径向运动速度大小，并判定目标的相对运动方向是目前水声研究的热点问题之一。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法，用以解决
技术介绍
中提及的技术问题。本专利技术通过发射组合脉冲信号，基于倒谱原理，结合匹配滤波，在较低信噪比情况下，利用较小的计算量较为准确的估计目标的相对径向运动速度。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法，所述方法包括：
[0008]步骤S1、构建宽带组合脉冲信号，并且将其作为主动声呐的发射信号，其中，该宽带组合脉冲信号包括子脉冲信号和延迟后的子脉冲信号，记录该组合脉冲信号中的预设时延值；
[0009]步骤S2、设定主动目标的最大径向运动速度，再确定倒谱中的时间搜索范围；
[0010]步骤S3、使用发射信号中的子脉冲信号与主动声呐接收到的回波信号进行匹配滤波；
[0011]步骤S4、对步骤S3中得到的匹配滤波结果进行倒谱变换；
[0012]步骤S5、寻找步骤S4中得到的倒谱结果中时间搜索范围内的最大值，记录该最大值所对应的时间，并估计目标相对径向运动速度的大小和方向。
[0013]进一步的，所述步骤S1包括：
[0014]主动声呐发射宽带组合脉冲信号表示为：
[0015]u(n)＝s(n)+s(n
‑
n
s
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]在该公式(1)中，s(n)为子脉冲信号，s(n
‑
n
s
)为延迟后的子脉冲信号，其中n
s
是由τ
s
×
f
s
四舍五入后的整数，τ
s
为预设的时延，f
s
为主动声呐系统的采样频率，T
p
为组合脉冲信号的发射周期；
[0017]子脉冲信号s(n)为HFM信号，具体表示为：
[0018][0019]在该公式(2)中，T为子脉冲信号的脉冲宽度，A为幅度，f0为时间中心频率，B为调频宽度，信号的最低频率为赫兹，信号的最高频率为赫兹，n为以f
s
赫兹采样的时间点。
[0020]进一步的，所述步骤S2包括：
[0021]根据多普勒原理，确定倒谱中的时间搜索范围为[τ
s
‑
Δτ,τ
s
+Δτ]秒，其中，秒，为最大的多普勒因子，v
max
为主动目标的最大径向运动速度，c是声波在水中的传播速度。
[0022]进一步的，在步骤S3中，利用步骤S1中发射信号的子脉冲信号s(n)，通过下式与接收到的回波信号u
r
(n)进行匹配滤波，包括：
[0023][0024]进一步的，所述步骤S4包括：
[0025]根据倒谱分析原理，利用下式对步骤S3得到的匹配滤波结果进行倒谱变换，包括：
[0026]c
y
(n)＝F
‑1{log|F{y(n)|}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0027]在公式(4)中，F{}代表离散傅立叶变换，为f(n)的离散傅立叶变换，F
‑1{}代表逆离散傅立叶变换，为F(k)的逆离散傅立叶变换，N
f
为信号f(n)的点数。
[0028]进一步的，所述步骤S5包括：
[0029]步骤S501、寻找步骤S4得到的倒谱结果c
y
(n)中[τ
s
‑
Δτ,τ
s
+Δτ]范围内的最大值
所对应的时间Δt
c
，再执行如下判断：
[0030]根据多普勒原理，当Δt
c
＜τ
s
时，脉宽压缩，判断目标的相对径向运动速度v
est
＞0，目标靠近声呐运动；
[0031]当Δt
c
＞τ
s
时，脉宽拉伸，判断目标的相对径向运动速度v
est
＜0，目标远离声呐运动；
[0032]步骤S502、利用公式计算主动目标的相对径向运动速度，获得其速度估计值。
[0033]本专利技术的有益效果是：
[0034]本专利技术提供的一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法，通过发射组合脉冲信号，结合倒谱原理与匹配滤波，在较低信噪比情况下，可用较小的计算量较为准确的估计主动目标的相对径向运动速度。
附图说明
[0035]图1为实施例1和实施例2中使用的主动目标的亮点模型；
[0036]图2为实施例1中，回波亮点个数N＝2、预设时延值τ
s
＝0.5秒、目标相对径向运动速度v＝
‑
5米/秒、信噪比为5分贝时的匹配滤波结果图；
[0037]图3为实施例1中，回波亮点个数N＝2、预设时延值τ
s
＝0.5秒、目标相对径向运动速度v＝
‑
5米/秒、噪比为5分贝时的倒谱结果图；
[0038]图4为实施例2中，回波亮点个数N＝4、预设时延值τ
s
＝1.5秒、目标相对径向运动速度v＝10米/秒时，倒谱法和匹配追踪法在不同信噪比时估计的目标相对径向运动速度值对比图；
[0039]图5为实施例1和实施例2中提供的主动目标相对径向运动速度估计的流程图。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术实施例的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、构建宽带组合脉冲信号，并且将其作为主动声呐的发射信号，其中，该宽带组合脉冲信号包括子脉冲信号和延迟后的子脉冲信号，记录该组合脉冲信号中的预设时延值；步骤S2、设定主动目标的最大径向运动速度，再确定倒谱中的时间搜索范围；步骤S3、使用发射信号中的子脉冲信号与主动声呐接收到的回波信号进行匹配滤波；步骤S4、对步骤S3中得到的匹配滤波结果进行倒谱变换；步骤S5、寻找步骤S4中得到的倒谱结果中时间搜索范围内的最大值，记录该最大值所对应的时间，并估计目标相对径向运动速度的大小和方向。2.根据权利要求1所述的一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法，其特征在于，所述步骤S1包括：主动声呐发射宽带组合脉冲信号表示为：u(n)＝s(n)+s(n
‑
n
s
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)在该公式(1)中，s(n)为子脉冲信号，s(n
‑
n
s
)为延迟后的子脉冲信号，其中n
s
是由τ
s
×
f
s
四舍五入后的整数，τ
s
为预设的时延，f
s
为主动声呐系统的采样频率，T
p
为组合脉冲信号的发射周期；子脉冲信号s(n)为HFM信号，具体表示为：在该公式(2)中，T为子脉冲信号的脉冲宽度，A为幅度，f0为时间中心频率，B为调频宽度，信号的最低频率为赫兹，信号的最高频率为赫兹，n为以f
s
赫兹采样的时间点。3.根据权利要求2所述的一种基于倒谱原理的主动目标相对径向运动速度的估计方法，其特征在于，所述步骤S2包括：根据多普勒原理，确定倒谱中的时间搜索范围为[τ
s
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宁，肖志玲，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：