[發明專利]一種基于空域相位方差加權的目標檢測方法

有效

• 申請號: 201510428201.6
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN105137437B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 鄭恩明;陳新華;李媛;鐘茜;孫長瑜
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,王蔚

技術領域

本發明涉及聲納信號處理領域，特別涉及一種基于空域相位方差加權的目標檢測方法。

背景技術

在陣列信號處理中，由于被動聲納不主動對外輻射信號，隱蔽性較強，一直是對水下目標進行檢測、定位、跟蹤、識別的重要手段之一。但隨著降噪技術的不斷提高，被動聲納接收數據的信噪比隨之在不斷降低，對被動聲納的性能需求也越來越嚴格。被動聲納常用的檢測技術——能量累積檢測方法，現已不能滿足遠程目標檢測需求。學者通過理論和實驗證明了：水下目標輻射噪聲中含有豐富的單頻分量，特別是在低頻段，螺旋槳轉動會切割水體產生低頻信號，一部分低頻分量直接以加性形式出現在目標輻射信號中，另有部分被船體自身振動調制到較高頻帶，線譜譜級通常比連續譜平均譜級高出10～25dB。這為被動聲納實現水下目標遠程探測提供一種可能，也促使了線譜檢測技術的進一步發展。

在線譜檢測檢測方面，國內外學者做了不少研究，并取得了一定的研究成果，尤其是在相位差分補償、對齊方面。有的學者利用線譜信號與背景噪聲間的時間相關半徑與相位起伏均勻性差異，提出了一種基于信號起伏相位差分對齊的相干檢測方法，抑制了背景噪聲能量干擾。有的學者利用相位起伏特性，改善了對目標的監測性能和線譜信號與背景噪聲的時間相關半徑。有的學者提出了一種差分二次平均修正的頻域相位補償線譜檢測方法。同樣，有的學者給出了正弦信號的直接FFT參數估計與相位差分法對比研究結果。這些方法基于相位差分一階矩信息進行相位對齊或補償來提高FFT參數估計效果。同時，有的學者依據單頻信號與背景噪聲的相位差分前后的相位方差二階矩信息，進一步增強單頻信號能量、抑制噪聲、提高信噪比。

另外，依據水下目標輻射噪聲含有穩定線譜這一特征，國內外學者在不同方面進行了有效、有針對性應用研究，提高了被動聲納性能。在陣列信號處理方法，有的學者提出了一種基于瞬時頻率方差加權的陣列信號處理方法，有的學者提出了一種基于瞬時方位方差加權的陣列信號處理方法，有的學者提出了一種基于幅值加權的陣列信號處理方法，它們均克服了傳統線譜檢測四維顯示難點，改善了能量累積檢測法在遠程目標檢測方面的性能。有的學者提出了一種基于瞬時頻率方差加權的時延估計方法，有的學者提出了一種基于瞬時時延差方差加權的時延估計方法，它們均提高了互相關法在遠程目標定位方面的性能。

根據上述文獻所提出的思想，在某一頻率單元的窄帶波束形成中，當目標方位只占據某一個或某幾個方位角時，經多次窄帶波束形成累加取最終空間譜，常規波束形成則會將所有方位角對應空間譜等價地加權到最終空間譜中。在低信噪比情況下，受背景噪聲影響，空間譜中各方位處譜值起伏較大，不便于最后目標檢測和方位估計。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的目標檢測方法在低噪聲情況下受背景噪聲影響，空間譜中各方位處譜值起伏較大，不便于最后目標檢測和方位估計的缺陷，從而提供一種能夠抑制非目標方位處噪聲干擾、增強目標檢測信噪比增益的目標檢測方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于空域相位方差加權的目標檢測方法，包括：

步驟1)、對拖線陣聲納中各陣元所拾取的數據進行濾波放大，然后對所拾取的數據進行采樣，得到離散數據；

步驟2)、對步驟1)所得到的離散數據做FFT分析，得到頻譜數據；將所述頻譜數據中各頻率單元相關的各陣元數據做相位補償、累加與求和，完成頻域窄帶波束形成；在各頻率單元的窄帶波束形成中，求取各方位空域相位值；

步驟3)、更新接收信號，重復進行步驟1)、步驟2)，直到重復次數達到預先設定值M，則各頻率單元均得到M個空域相位值；

步驟4)、對步驟3)所得到的所有方位角的空域相位值進行方差計算；

步驟5)、由步驟4)所得到的方差生成加權因子，利用所述加權因子對所有方位進行空域相位方差加權統計，得到最終空間譜和方位估計值。

上述技術方案中，在所述的步驟2)中，頻域窄帶波束形成以及求取各方位空域相位值的計算公式如下：

其中，BF(m,θ)為頻域窄帶波束形成的結果，X_i(m,lw_s)為目標線譜所對應頻率單元lw_s的頻譜數據，w_s＝2π/KT_s是FFT分析中的頻率采樣間隔，為目標線譜所對應頻率單元的空域相位值；i＝1,2,…,I，m＝1,2,…,M；θ＝0,1,…,179；I為陣元數，M為統計次數，K為FFT分析所得頻率單元數；d為陣間距，c為有效聲速；