【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于浅海声源目标分类识别。
技术介绍
1、在浅海环境中，目标的深度估计及分类识别是一项重要的任务。目前浅海源深度估计方法主要利用大孔径垂直阵或是水平阵，获取垂直或水平声场变化数据用于参数匹配处理方法。现有技术中有一种利用垂直阵采用非相干匹配波束强度法实现了浅海声源深度估计(jianguo zhang,t.c.yang,guangying zheng；asimple method for moving sourcedepth estimation applied to the swellex96 data.jasa express lett.1february2021；1(2):026002.)。现有技术中有一种利用水平阵采用基于自回归波数估计的匹配模深度估计方法估计了浅海源的深度(guo-long,liang et al."match-mode autoregressivemethod for moving source depth estimation in shallow water waveguides",mathematical problems in engineering 2018.(2018):1-15.)。但是以上两种匹配方法精度受环境参数影响较大，如声传播速度剖面、海底地形等，如果假设的环境与真实的环境差别较大或是受噪声干扰较大时，做出的理论模型拷贝场与实际测量数据差别过大导致误匹配。
2、随着声场矢量声场的广泛研究，利用矢量水听器可以无需扩展孔径而接收到更多声场信息，为小尺度平台解决目标
3、此外，随着声场特性的深入研究，利用更高阶声场特征逐渐成为新研究方向，为声源定位技术提供了新的理论基础和应用前景。现有技术中有一种利用全海深垂直矢量阵的质点振速强度差的进行浅海源深度估计的方法，该研究通过分析质点振速的垂直分布特性，得到垂向质点振速差的分布规律，进行浅海源的深度估计(龚李佳,谢金怀,郭俊媛,等.利用浅海质点振速差进行声源深度估计的方法及装置:202410038995[p][2024-07-10].)。该方法虽然利用了声场1阶质点振速的差，构造了声场2阶量，但由于没有给出门限选取原则，导致只能通过分析全海深的分布规律得到估计源深度，也即：需要大尺度的垂直阵列进行全海深信号探测，进而通过分析全海深的分布规律估计源深度，这不符合小尺度平台的应用要求。
4、综上不难发现，目前仍通常采用大尺度的阵列进行浅海源的深度估计，进而实现目标分辨识别。而引入1阶及2阶矢量声场带来的接收器小型化的优势没有充分利用，难以部署在水下无人小平台上以完成探测任务。此外大尺度的阵列信号处理通常计算复杂、耗能多，不符合水下无人小平台低功耗的需求，以上问题亟需解决。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决浅海传统源分辨需要大尺度阵列、信号处理复杂且无法应用于水下无人小平台的问题，本专利技术提供了一种基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法。本专利技术利用1阶和2阶垂直声强与垂直波数的关系，构造反映垂直波数的决策变量，将之与判决门限对比。门限根据简正波最大模态垂直波数设置，利用浅源垂直波数比深源大的特点，对浅海源做出水面/水下目标的判别。
2、基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，该方法包括如下步骤：
3、利用高阶矢量接收器接收声源的简正波声场，并将其转换为频域信息，从简正波声场的频域信息中提取高阶矢量接收器处声压p；
4、根据声压p计算0阶声压能量|p2、1阶等效垂直声强和2阶等效垂直声强并根据|p2、和构造归一化决策变量
5、其中，k1为声场的总波数，kz为声场的垂直波数，为中间变量，im(·)为取虚部，re(·)为取实部；
6、设定归一化门限kzmax为最高阶简正波的垂直波数；判断是否存在l≥η，结果为是，则判定声源为水面目标，结果为否，则判定声源为水下目标。
7、优选的是，
8、r为声源到接收器的水平距离，e为自然常数，j为虚数单位，s(f)为声源频谱，f为声源频率，an为第n阶简正波系数，βn为第n阶简正波的垂直波数，μn为第n阶简正波的水平波数，zs为声源深度，z为接收器深度。
9、优选的是，
10、pz为声压的1阶垂直梯度，*为转置共轭算子。
11、优选的是，
12、r为声源到接收器的水平距离，j为虚数单位，e为自然常数，s(f)为声源频谱，f为声源频率，an为第n阶简正波系数，βn为第n阶简正波的垂直波数，zs为声源深度，z为接收器深度，μn为第n阶简正波的水平波数。
13、优选的是，
14、pzz为声压的2阶垂直梯度，*为转置共轭算子。
15、优选的是，
16、r为声源到接收器的水平距离，j为虚数单位，e为自然常数，s(f)为声源频谱，f为声源频率，an为第n阶简正波系数，βn为第n阶简正波的垂直波数，zs为声源深度，z为接收器深度，μn为第n阶简正波的水平波数。
17、优选的是，|p2＝pp*，*为转置共轭算子。
18、优选的是，
19、h为浅海水深，b为密度比，b＝ρ1/ρ2，ρ1为声速均匀的浅海信道的密度，ρ2为均匀无限液态海底的密度。
20、优选的是，k1＝2πf/c1；
21、k1为声场波数，c1为浅海信道的声速。
22、优选的是，高阶矢量接收器为2阶矢量水听器。
23、本专利技术的优点：
24、本专利技术利用接收器接收获取浅海声源的简正波声场信息，并将其转换为频域信息；经信号处理后得到的0阶声压能量、1阶等效垂直声强和2阶等效垂直声强；之后利用构造的基于垂直波数的决策变量与门限比较，对浅海源做出水面/水下目标的判别。
25、本专利技术使用搭载于水下无人小平台的单个高阶矢量接收器，采集声场中的0阶、1阶和2阶声学矢量信息，即可实现浅海源目标分辨。与常规方法相比，本专利技术无需大尺度阵列接收以及复杂处理，本专利技术为水下无人小平台完成目标分辨识别任务提供了一种简便的方法。
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1.基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，p2＝pp*，*为转置共轭算子。
8.根据权利要求2、4或6所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
9.根据权利要求2、4或6所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
10.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，高阶矢量接收器为2阶矢量水听器。
【技术特征摘要】
1.基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的基于声场高阶信息的浅海目标分辨方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的基于声场高...
【专利技术属性】
技术研发人员：师俊杰，孙大军，梁民帅，王泽华，吕云飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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