[發明專利]基于多亮點回波模型的目標徑向速度測量方法

有效

• 申請號: 201610552899.7
• 申請日: 2016-07-13
• 公開（公告）號: CN106019263B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 方世良;黃舒夏
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種用于主動聲納回波信號處理中，對含有尺度信息(多亮點)目標速度的測量方法，屬于水聲信號測量技術領域。

背景技術

水聲目標回波是主動聲納獲取一系列目標特征參數的主要來源，目標的回波是由主動聲納所發出入射聲波激勵，途徑復雜的海洋信道，可以等效為由多個散射點疊加形成的信號。每個散射點各自的回波是由目標體結構及材料所決定的，其中包含了時延(距離)、亮點起伏、徑向速度等信息，這些特征是實現目標探測和識別的基礎和重要依據(李昌志，田杰，張揚帆等.基于亮點模型的典型水下目標回波信號仿真[J].應用聲學，2010，29(3)。)。

對于水聲目標速度的估計往往是水下目標識別的重要環節，傳統的匹配濾波是對發射信號和接收信號進行相關處理，使其輸出信噪比達到最大。根據匹配濾波器的相關知識，最佳接收機的頻譜傳輸函數應取回波信號頻譜的復共軛，故將實際接收機的濾波器頻譜特性設計為經過不同多普勒因子壓縮后的發射信號頻譜的復共軛，并加上一個為滿足物理可實現性的延遲相位因子(E.J.Kelly and R.P.R.P.Wishner，″Matched filter theory for high-velocity，accelerating targets″[J]，IEEE Trans.Mil.Electron.，pp.56-68，1965)。因此，傳統的變采樣測速法即改變匹配濾波器中的拷貝信號，將拷貝信號作脈寬壓縮或展寬，以此來搜索與實際回波相對應的多普勒因子，即檢測出了目標的速度。

在實際回波信號處理中，目標往往含有多個反射亮點，造成回波混疊，傳統的變采樣匹配濾波測速法往往會造成較大的速度檢測誤差，影響后續的目標識別等一系列工作。

發明內容

技術問題：本發明為主動聲納測量目標速度過程中提供了一種基于傳統匹配濾波技術的改進辦法，該方法可對含有多亮點目標的速度進行更為準確的測量，改善由于多亮點目標回波混疊而導致的速度測量失真。采用的技術方案如下：

技術方案：本發明是一種基于多亮點回波模型的目標徑向速度測量方法，當目標與聲納之間存在相對運動時，接收信號會產生多普勒頻移，將實際接收機的濾波器頻譜特性設計為經過不同多普勒因子壓縮的發射信號頻譜的復共軛，再將經過時域加窗處理后的回波通過匹配濾波器，以輸出包絡的最大峰值對應的多普勒因子反推出目標速度；該方法主要包括以下步驟：

1).發射信號為雙曲調頻信號

n∈[0，T·FS]，f_H、f_L分別為信號上、下邊頻，T為信號脈寬，FS為采樣率；將目標回波r進行常規匹配濾波處理，濾波器中的拷貝信號為原發射信號u[n]，將該包絡中最大峰值鎖定為主亮點，提取其時間坐標信息

2).設定待測目標的徑向速度范圍-v_t～v_t，其中v_t為最大徑向速度，設置速度分辨率Δv，設相離運動時速度為正，則待校驗速度為v_i＝-v_t+(i-1)·Δv，i＝1，2，...，2v_t/Δv+1；分別設計相對應的配濾波器中的拷貝信號n∈[0，T·FS]，其中i＝1，2，...，2v_t/Δv+1；c為聲音在水中的傳播速度；

3).根據公式計算目標以速度v_i運動時與目標靜止時的主亮點時間坐標偏差值τ_i，i＝1，2，...，2v_t/Δv+1，其中c為聲音在水中的傳播速度；分別以窗長為T·FS的時域窗截取回波r，起點為回波中窗口外的數值全部置零，構成新的回波信號r′_i，i＝1，2，...，2v_t/Δv+1；

4).將經過窗口截取后的回波信號r′_i分別與步驟2)中設計的匹配濾波拷貝信號x_i，作匹配相關運算，取得匹配包絡峰值Mp_i，i＝1，2，...，2v_t/Δv+1，則由Mp_i中最大值Mp_j所對應的拷貝信號多普勒因子κ_j，j∈[1，2v_t/Δv+1]，即可求出的目標運動徑向速度v＝(1-κ_j)·c/2。

有益效果：此發明的優點是當目標存在尺度而造成多亮點回波混疊的情況下，依舊能準確測量出目標徑向速度。