[發(fā)明專利]基于空間相似度的水下目標(biāo)尺度特性提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310172210.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN103278810A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵杰;王麗;趙偉松;仲雅琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/539
• 分類號(hào): G01S7/539
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.基于空間相似度的水下目標(biāo)尺度特性提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A，獲取目標(biāo)回波陣列接收數(shù)據(jù)矩陣x(n)：

x(n)=[x₁(n),x₂(n),…,x_M(n)]

其中，x(n)是大小為N×M的數(shù)據(jù)矩陣，M表示水聽器接收基陣陣元個(gè)數(shù)，陣元間距為d，每個(gè)陣元接收長(zhǎng)度為N的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)或提取N點(diǎn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)x_j(n)，n=1,2,…,N，j=1,2,…,M；

步驟B，計(jì)算分布源目標(biāo)回波信號(hào)的自相關(guān)矩陣

陣列接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣為：

其中，(.)^H表示共軛轉(zhuǎn)置，r_x為自相關(guān)矩陣R_x的組成元素；

構(gòu)造托普利茲Toeplitz協(xié)方差矩陣R_T：

RT=r(1)r*(2)···r*(M)r(2)r(1)···r*(M-1)············r(M)r(M-1)···r(1)]]>

其中，r^*(j)為r(j)的共軛；托普利茲Toeplitz矩陣的元素為：

r(i)=1M-j+1Σm=1Mrx(m,m-j+1)]]>

其中，m=1,2,...M；托普利茲Toeplitz矩陣中的組成元素r(j)是相關(guān)矩陣R_x下三角部分各對(duì)角線上元素的平均；

步驟C，采用常規(guī)波束形成法CBF計(jì)算分布源目標(biāo)回波信號(hào)的空間功率譜，單個(gè)理想點(diǎn)源目標(biāo)時(shí)，歸一化常規(guī)波束形成CBF空間功率譜表示為：

其中，表示單個(gè)理想點(diǎn)源目標(biāo)時(shí)歸一化功率譜，表示基陣的響應(yīng)矢量，[.]^T表示矩陣轉(zhuǎn)置，(.)^H表示共軛轉(zhuǎn)置，為入射到基陣的信號(hào)入射角，λ表示聲波的波長(zhǎng)；

分布源目標(biāo)時(shí)，其歸一化相干分布源的常規(guī)波束形成CBF空間功率譜為：

其中，為目標(biāo)等效亮點(diǎn)的入射角，K為等效亮點(diǎn)數(shù)；

步驟D，選擇空間度量區(qū)間，其過(guò)程如下：

步驟D-1，設(shè)定歸一化常規(guī)波束形成CBF空間功率譜閾值P_T；

步驟D-2，由理想點(diǎn)目標(biāo)空間功率譜的主瓣區(qū)間重構(gòu)一個(gè)多維向量X，當(dāng)P‾s>PT]]>時(shí)，X=P‾s;]]>

步驟D-3，由相干分布源的常規(guī)波束形成CBF空間功率譜構(gòu)建另一個(gè)多維向量Y，即：Y=P‾m;]]>

步驟E，空間相似度度量

步驟E-1，分別采用歐氏距離法、加權(quán)歐氏距離法和向量空間余弦相似度法，比較向量X和向量Y間的差異，設(shè)向量x_i為向量X的元素，向量y_i為向量Y的元素，i=1,2,...,p，p為向量X,Y的元素?cái)?shù)目；則：

歐氏距離dist(X,Y)為：

dist(X,Y)=Σi=1p(xi-yi)2]]>

加權(quán)歐氏距離wdist(X,Y)為：

wdist(X,Y)=Σi=1pai(xi-yi)2]]>

其中，a_i為加權(quán)系數(shù)，i=1,2,…,p，且

向量空間余弦相似度sim(X,Y)：

sim(X,Y)=cosψ=Σi=1pxiyi[Σi=1pxi2]1/2·[Σi=1pyi2]1/2]]>

其中，ψ表示向量的夾角；

步驟E-2，設(shè)定空間相似性度量評(píng)價(jià)指標(biāo)

以距離度量的倒數(shù)作為空間相似性度量，則空間相似性度量評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：

SIM1(X,Y)=1dist(X,Y)]]>

SIM2(X,Y)=1wdist(X,Y)]]>

SIM₃(X,Y)=sim(X,Y)

其中，SIM₁(X,Y)代表歐氏距離法的空間相似度度量；SIM₂(X,Y)代表加權(quán)歐氏距離法的空間相似度度量；SIM₃(X,Y)代表向量空間余弦相似度方法的空間相似度度量；

步驟E-3，空間相似度計(jì)算

由于向量和的空間維數(shù)不相等，進(jìn)行空間相似度計(jì)算時(shí)，采用滑動(dòng)窗口方法，假設(shè)的維數(shù)為L(zhǎng)₁，的維數(shù)為L(zhǎng)₂，其中L₁<L₂：其具體步驟如下：

步驟E-31，設(shè)計(jì)算迭代次數(shù)初始值k=0；

步驟E-32，選擇中的L₁個(gè)數(shù)據(jù)，重構(gòu)向量

步驟E-33，與進(jìn)行相似性度量運(yùn)算，得到：

SIM₁(X,Y),SIM₂(X,Y),SIM₃(X,Y)

步驟E-34，迭代次數(shù)加1，即k=k+1；

步驟E-35，若k<L₂，返回步驟E-32；否則，結(jié)束；

步驟F，確定目標(biāo)源尺度特性

確定空間相似度度量判決門限SIM_T：

SIM_T=α·R²·cos⁸θ+β·R

其中，R為接收基陣與目標(biāo)的距離；θ為照射角，α，β為系數(shù)；

如果空間相似度度量SIM_q(X,Y)>SIM_T，為點(diǎn)源目標(biāo)；如果SIM_q(X,Y)<SIM_T，為分布源尺度目標(biāo)；其中，q=1,2,3。