[發(fā)明專利]一種基于方位歷程的多輸出信息融合方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210447172.4
• 申請(qǐng)日: 2012-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN103809201A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳新華;李媛;鮑習(xí)中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01V1/00
• 分類號(hào): G01V1/00
• 代理公司: 北京法思騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于方位歷程的多輸出信息融合方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在水聲信號(hào)處理應(yīng)用領(lǐng)域中，通過對(duì)目標(biāo)輻射噪聲檢測(cè)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。目標(biāo)輻射噪聲檢測(cè)的常規(guī)方法是采用能量檢測(cè)器，它是一種基于寬帶能量積分的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，隨著目標(biāo)輻射噪聲寬帶能量的降低，該方法已不能滿足目標(biāo)遠(yuǎn)程探測(cè)的需要。理論和實(shí)驗(yàn)證明，水下目標(biāo)輻射噪聲中具有豐富的單頻分量，特別是在低頻段，由于螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割水體會(huì)產(chǎn)生低頻信號(hào)，這些低頻分量有的是直接以加性的形式出現(xiàn)在輻射信號(hào)中，有的則是被船體本身的振動(dòng)調(diào)制到較高的頻帶，通常線譜譜級(jí)比連續(xù)譜譜級(jí)要高出若干dB，這為實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)遠(yuǎn)程探測(cè)提供了一種可能。

若目標(biāo)輻射噪聲中含有強(qiáng)線譜成份，也就是說線譜譜級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連續(xù)譜譜級(jí)，直接對(duì)線譜進(jìn)行處理，可大大提高信號(hào)處理的輸出信噪比，從而提高信號(hào)檢測(cè)性能。但通常情況下目標(biāo)輻射信號(hào)中的線譜位置是未知的，即目標(biāo)輻射信號(hào)的線譜頻率大小未知，因此為了利用最大輸入信噪比檢測(cè)信號(hào)，需要對(duì)分析頻帶內(nèi)的每個(gè)頻率單元進(jìn)行處理，每一個(gè)頻率單元對(duì)應(yīng)一個(gè)波束輸出，輸出結(jié)果數(shù)量大，而且需要對(duì)每一個(gè)頻率單元的結(jié)果進(jìn)行循環(huán)分析判斷才能得到對(duì)目標(biāo)的正確檢測(cè)，這在實(shí)際工程應(yīng)用中是不可取的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)目標(biāo)輻射信號(hào)中的線譜位置未知時(shí)，需要對(duì)每一個(gè)頻率單元的輸出結(jié)果進(jìn)行判斷，輸出結(jié)果數(shù)量過大，不適合實(shí)際工程應(yīng)用的缺陷，從而提供一種基于方位歷程的多輸出信息融合方法，用于包含多個(gè)基元的線列陣，該方法包括：

步驟1)、對(duì)線列陣中的各個(gè)基元所接收的信號(hào)進(jìn)行頻域波束形成；

步驟2)、對(duì)步驟1)的頻域波束形成后所得到的頻域輸出結(jié)果進(jìn)行分頻率單元能量計(jì)算，得到不同分頻率單元的波束輸出；

步驟3)、對(duì)步驟2)所得到的不同分頻率單元的波束輸出按不同的分方位區(qū)間進(jìn)行最大值檢測(cè)，將最大值所對(duì)應(yīng)的波束預(yù)成方位視為當(dāng)前分方位區(qū)間的目標(biāo)方位，并對(duì)所述最大值對(duì)應(yīng)的波束預(yù)成方位進(jìn)行記錄，同時(shí)對(duì)所述最大值進(jìn)行記錄；

步驟4)、預(yù)設(shè)歷程統(tǒng)計(jì)時(shí)間，如當(dāng)前的已處理時(shí)間已經(jīng)大于或等于預(yù)設(shè)的歷程統(tǒng)計(jì)時(shí)間，則將已處理時(shí)間清零后執(zhí)行下一步，否則重新執(zhí)行步驟1)-步驟3)；

步驟5)、對(duì)任一分頻率單元，對(duì)該分頻率單元的各分方位區(qū)間的方位歷程進(jìn)行擬合，并根據(jù)擬合結(jié)果去除方位野點(diǎn)，計(jì)算剩余方位的方差，并累計(jì)剩余方位對(duì)應(yīng)的功率，將所得到的方差和功率作為該分頻率單元在該分方位區(qū)間的信息輸出；

步驟6)、對(duì)每一個(gè)分方位區(qū)間的各分頻率單元的輸出信息進(jìn)行融合。

上述技術(shù)方案中，所述的步驟1)還包括在對(duì)各個(gè)基元所接收的信號(hào)進(jìn)行頻域波束形成之前，對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行濾波的操作。

上述技術(shù)方案中，在所述的步驟1)中，所述的頻域波束形成包括以下步驟：

對(duì)各個(gè)基元的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行FFT變換，得到頻域信號(hào)；

根據(jù)預(yù)成方位對(duì)各個(gè)基元的頻域信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償；

再對(duì)經(jīng)過相位補(bǔ)償?shù)母鱾€(gè)基元的信號(hào)求和。

上述技術(shù)方案中，在所述的步驟3)中，所述的對(duì)不同分頻率單元的波束輸出按不同的分方位區(qū)間進(jìn)行最大值檢測(cè)包含：

首先固定某分頻率單元，然后在該分頻率單元的每個(gè)分方位區(qū)間上找出功率最大值，記錄該最大值及其對(duì)應(yīng)方位，該方位視為該分方位區(qū)間的目標(biāo)方位，最后對(duì)每一個(gè)分頻率單元進(jìn)行上述處理，得到每個(gè)分頻率單元在每個(gè)分方位區(qū)間上的目標(biāo)方位估計(jì)結(jié)果。

上述技術(shù)方案中，在所述的步驟5)中，所述擬合為最小二乘擬合，所述最小二乘擬合采用下列計(jì)算公式：

min∑|θ_i(q,f_j)-at_i²-bt_i-c|²，其中，

i＝1…N，N：歷程包含方位個(gè)數(shù)，

q＝1…Q，Q：分方位區(qū)間個(gè)數(shù)，

j＝1…M，M：分頻率單元個(gè)數(shù)。

θ_i表示估計(jì)的方位歷程結(jié)果，t_i表示時(shí)間序列，f表示頻率，a、b、c為所要求取的系數(shù)。

上述技術(shù)方案中，在所述的步驟5)中，所述方差采用下列公式計(jì)算得到：