【技术实现步骤摘要】
本申请属于水声信号处理，涉及被动声呐宽带接收信号的检测技术，具体地，提供一种基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法。
技术介绍
1、常规被动声呐目标检测方法在被动声呐信号处理中发挥着重要的作用，然而由于减振降噪技术的发展，目标的声源级逐年降低，同时传统声呐系统的目标检测方法大多基于纯数据驱动，假设了简单地自由空间环境，缺乏对实际海洋环境的考虑，因此传统的被动声呐目标检测效果通常较差。
2、为了改进被动声呐的目标检测性能，在设计检测器时，必须充分考虑声波在海洋环境中的传播特性。在此指导思想下，近几十年涌现出了一批将水声传播特性与传统信号处理方法相结合的水声信号处理方法，例如，其中最具代表性的即为匹配场处理方法(match field progress，mfp)，将阵列接收数据与由声传播模型计算得到的不同声源位置对应的拷贝场向量进行匹配相关，实现了目标的检测和定位。
3、然而，上述目标被动检测方法，由于引入了声传播特性，因此大多只能对窄带信号处理，缺乏相应的宽带信号处理形式。如果类比于能量检测的宽带形式对不同频率的处理结果直接相加，则能量较低的频段反而对检测器的性能造成不利影响，使其综合性能低于某些窄带频段单独处理的结果，无法发挥宽带信号检测的优势。
技术实现思路
1、本申请的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，该检测方法包括以下步骤：
2、s10，基于被动声呐的接收信号确定多个子频带的接收信号向量；p>
3、s20，通过窄带目标检测器对各个子频带的接收信号向量进行处理，得到各个子频带的窄带检验统计量；
4、s30，基于窄带目标检测器在各个子频带的信噪比增益及检验统计量参数确定各个子频带的统计叠加权重的最优值；
5、s40，基于各个子频带的窄带检验统计量及统计叠加权重的最优值确定宽带检验统计量并进行目标检测。
6、进一步地，所述被动声呐为n元水听器阵，所述多个子频带的接收信号向量通过以下步骤确定：
7、s11，对n元水听器阵的接收信号做傅里叶变换，得到接收信号的频域宽带信号；
8、s12，根据频域宽带信号的幅度分布情况确定处理频段[fl,fh]，将处理频段[fl,fh]划分为i个子频带，得到各个子频带的接收信号向量：
9、
10、其中，xi为接收信号在第i个子频带的接收信号向量，xn(fi)为第n个阵元在第i个子频带fi对应的接收信号频域复幅度。
11、进一步地，第i个子频带的窄带检验统计量t(xi）满足下式的概率分布：
12、
13、其中t（xi）｜h0为无目标存在状态下的检验统计量，为自由度为mi的中心化卡方分布函数，t（xi)|h1为有目标存在状态下的检验统计量，自由度为mi的非中心化卡方分布函数，λi为非中心参量。
14、优选地，所述检验统计量参数为卡方分布函数的自由度mi，第i个子频带的统计叠加权重的最优值wibest通过以下步骤确定：
15、s31，基于(1)式建立宽带目标检验模型：
16、
17、其中，tb为宽带检验统计量，wi为第i个子频带的统计叠加权重；
18、s32，将非中心参量λi表示为如(2)式所示的第i个子频带的输出信噪比的函数:
19、
20、其中，snriout由目标检测器在第i个子频带的信噪比增益确定；
21、s33，将λi代入所述宽带目标检验模型，分别得到如(3)式所示的tb在h0假设下的均值e(tb|h0)、方差var(tb|h0)以及在h1假设下的均值e(tb|h1)：
22、
23、s34，基于(4)式确定tb的等效信噪比：
24、
25、s35，在各个子频带分别将等效信噪比对权值求偏导，得到(5)式：
26、
27、s36，将(5)式消去相同部分并整理，得到(6)式所示的各个子频带的统计叠加权重的最优值满足的条件：
28、
29、s37，进一步整理(6)式，得到(7)式所示的统计叠加权重的最优值的表达式：
30、
31、s38，约去相同项并将a改写为i，得到如(8)式所示的第i个子频带的统计叠加权重的最优值wibest：
32、
33、其中，k为任意大于0的常数。
34、优选地，所述基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法还包括以下步骤：
35、基于下式确定宽带检验统计量的输出信噪比相对于处理频带的带宽δf的趋势函数：
36、
37、根据的变化趋势确定最优的处理频段。
38、可选地，所述窄带目标检测器为匹配模型检测器、子空间检测器或广义似然比检测器。
39、本申请的实施例提供的一种基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，基于窄带目标检测器的信噪比增益及检验统计量参数等固有特性确定将各个子频带的检测统计分布进行叠加时的最优权值的显式解析解，从而保证随着子频带的增加，各子频带的检验统计结果均能够对宽带检验分布函数的目标检测性能进行正向提升，使得该方法相较于窄带目标检测器及现有的宽带检测算法均能够实现更好的目标检测效果。
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1.一种基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，所述被动声呐为N元水听器阵，所述多个子频带的接收信号向量通过以下步骤确定：
3.根据权利要求2所述的基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，第i个子频带的窄带检验统计量T(Xi)满足下式的概率分布：
4.根据权利要求3所述的基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，所述检验统计量参数为卡方分布函数的自由度Mi，第i个子频带的统计叠加权重的最优值Wibest通过以下步骤确定：
5.根据权利要求4所述的基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于：所述窄带目标检测器为匹配模型检测器、子空间检测器或广义似然比检测器。
【技术特征摘要】
1.一种基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，所述被动声呐为n元水听器阵，所述多个子频带的接收信号向量通过以下步骤确定：
3.根据权利要求2所述的基于信噪比加权的被动宽带信号检测方法，其特征在于，第i个子频带的窄带检验统计量t(xi)满足下式的概率分布：
4.根据权利要求3所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，乔思源，李明杨，谢磊，
申请(专利权)人：西北工业大学青岛研究院，
类型：发明
国别省市：
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