[發明專利]水下小目標單分量聲散射回波的變換域提取方法

有效

• 申請號: 201711085121.0
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107864020B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 李秀坤;王集;徐天楊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B11/00
• 分類號: H04B11/00;H04B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種水下小目標單分量聲散射回波的變換域提取方法。利用變換域盲分離分別加強不同類別的聲散射回波分量；然后設計了聲散射回波篩選方案，解決了盲分離算法輸出順序隨機的問題；之后設計了變換域特征提取方法，完成了不同類別回波的特征參數的確定，最終獲得純凈的單分量回波信號。相比于傳統方法，本發明能夠獲取更高質量的單分量回波信號，并且可以自動化地執行，具有較高的實用價值。本發明可以應用于水下目標的探測與識別、聲散射理論研究等領域。

技術領域

本發明涉及的是一種水聲信號處理方法，具體地說是一種針對水下小目標聲散射問題，提取主動聲吶目標的單分量聲散射回波信號的方法。

背景技術

海洋環境的特殊性使得傳統以電磁波為載體的通信、探測方法在水下無法實現，而聲波作為目前已知的唯一能在水下進行遠距離傳輸的手段，成為水下探測、通信的主要手段。對于安靜型小目標，多數情況下只能采用主動聲吶進行探測。同時，由于目標體積較小，使得以線性聲學理論為基礎的幾何回波難以將目標回波與環境中其他障礙物的回波進行區分。而彈性聲散射回波由于其攜帶了目標的材料、狀態等信息，可以用于區分人工目標與非人工目標，在學術領域引起了一定的重視。

水下的主動聲吶目標聲散射回波通常包含幾何與彈性回波兩種回波分量，其產生機理存在較大差異，因而處理方法不同。幾何回波產生過程簡單，遵從線性聲學規律，所以針對幾何回波的信號處理方法比較成熟；而彈性回波產生機理復雜，不是所有入射角度下都穩定存在，并且一般情況下能量弱于幾何回波，所以彈性回波的提取、分析存在較大困難。

傳統的信號處理方法如時頻分析、小波變換受由于分辨率的限制，難以獲得較為純凈的單分量的聲散射回波信號；匹配濾波對于幾何回波能夠得到很好的處理效果，但是對于彈性回波的處理存在困難。這是因為，匹配濾波需要已知大量的先驗信息，而目前對于彈性回波的研究尚難以提供足夠的先驗信息滿足匹配濾波的需要。

盲分離方法能夠在先驗信息未知的情況下獲得對源信號的估計，但是該方法通常要求源信號彼此獨立。在實驗數據處理過程中發現，盲分離算法往往只能分別對幾何回波與彈性回波進行加強，不能做到徹底分離的目的，這是因為實際情況中信號的獨立性難以滿足。夏峙，李秀坤提出將線性調頻信號變換為單頻信號并進行窄帶濾波的方法，能夠提取較為純凈的幾何與彈性回波分量，但作者給出的窄帶濾波器參數設計方法需要人為地進行指定，這就限制了算法的自動化應用。[水下目標彈性聲散射信號分離，物理學報，2015，64(9)：348-355]。

發明內容

本發明的目的在于提供一種不需要先驗信息即可提取得到純凈單分量回波信號，能自動化提取水下主動聲吶目標單分量聲散射回波信號的水下小目標單分量聲散射回波的變換域提取方法。

本發明的目的是這樣實現的：

(1)變換域盲分離：將主動聲吶回波信號變換到變換域；

(2)幾何回波篩選：任意選取某個接收通道的聲散射回波，并變換到變換域，將此信號在變換域中的形式作為模板，從盲分離的輸出信號中篩選出幾何回波被加強的通道；

(3)變換域特征提取：進行特征提取過程，所得特征參數用于聲散射回波的分類與提取過程；

(4)彈性回波篩選：利用幾何回波在頻域的特征參數，設計陷波器，對盲分離輸出通道進行濾波，去除其中的幾何成分，然后篩選出彈性回波被加強的通道，并對此通道信號進行步驟(3)描述的特征提取過程，獲取彈性回波在變換域中的特征參數；

(5)根據步驟(2)～步驟(4)獲得的特征參數，設計窄帶濾波器，對回波信號在變換域中進行窄帶濾波，獲得回波分量在變換域中的形式；

(6)對濾波輸出進行反變換，得到純凈的聲散射回波分量。

本發明還可以包括：