[發明專利]一種基于模態域子空間檢測器加權的水下目標檢測方法

有效

• 申請號: 201810256634.1
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108562905B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 孫超;孔德智;劉雄厚
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明提供了一種基于模態域子空間檢測器加權的水下目標檢測方法，涉及陣列信號處理領域，對垂直線列陣的接收信號數據進行預處理并計算相關聲場參數，利用模態矩陣的正交性構造各階MSSD，并計算各階模態系數的衰減指數，進而得到各階MSSD的加權系數；并構造最終的加權重構模態空間檢測器，根據虛警概率得到檢測門限，并與檢測門限進行比較，則表明目標存在，否則目標不存在。本發明采用模態衰減指數的倒數對各階MSSD進行加權，以弱化檢測性能較差的MSSD對最終檢測器的影響，使得重構的檢測器WMSD的檢測性能得到提高，即在相同輸入信噪比和虛警概率條件下，重構的檢測器WMSD具有更大的檢測概率。

技術領域

本發明涉及陣列信號處理領域，尤其是一種水下目標的檢測方法。

背景技術

實現水下目標的被動檢測是被動聲吶系統的主要任務之一。傳統的被動聲吶檢測方法大多是基于純數據驅動(張曉勇,羅來源.被動聲吶信號檢測技術發展[J].聲學技術,2014(6):559-563.)，假設海洋信道為理想信道，利用匹配濾波和波束形成等技術來提高處理增益，主要可分為基于時域信息的檢測方法和基于空域信息的檢測方法。

近年來隨著減振降噪技術的發展和聲吶作用的水聲環境日趨復雜，人們逐漸發現傳統的被動聲吶檢測技術不能達到較為理想的性能。究其原因，主要是上述技術大都假設了自由的空間環境，沒有充分考慮水聲傳播環境的復雜性，造成實際應用中效果不佳。隨著水聲傳播理論的發展，一些結合實際海洋環境的檢測技術應運而生。該類技術運用聲場傳播規律根據波導環境參數建立物理模型，并將該模型引入到信號處理技術中，從而有效利用環境先驗知識提高信號處理的性能，如匹配場處理(Matched Field Processing，MFP)技術和匹配模處理(Matched Mode Processing，MMP)技術(Yang T C.Effectiveness ofmode filtering:A comparison of matched-field and matched mode processing[J].Journal of the Acoustical Society of America,1990,87(5):2072-2084.)。MFP和MMP可用于位置已知的被動目標檢測，對于位置未知的目標需要通過掃描得到最終的檢測統計量，運算量較大。另外一種方法是根據波導環境信息和接收的聲場數據先估計與目標聲源位置有關的參數，再利用該參數構造檢測統計量。李明楊等介紹并推導了該檢測器(李明楊,孫超,邵炫.模態信息非完備采樣對水下聲源檢測的影響及改進方法[J].物理學報,2014(20):207-220.)，并稱之為廣義似然比檢測器。該方法在實現過程中主要是利用信號在模態空間上正交投影的能量，因此該檢測器也可稱為模態空間檢測器(Mode SpaceDetector，MSD)。MSD實際上是一種匹配子空間檢測器(Scharf L L,FriedlanderB.Matched subspace detectors[J].IEEE Transactions on Signal Processing,1994,42(8):2146-2157.)，對于位置未知的目標，規避了掃描從而降低了運算量。但與此同時，相較于MFD檢測器，MSD的自由度增大了M-1倍(這里M為模態子空間的個數)，由于子空間類檢測器的檢測概率與自由度成反比(Kay S M.Fundamentals of statistical signalprocessing[M].Prentice Hall PTR,1993.)，從而MSD的檢測性能相較于MFD檢測器有較大幅度的下降，這種性能下降的幅度會隨著M的增大而增大。

發明內容

為了克服現有技術的不足，針對淺海遠距離被動目標檢測方法的不足，本發明提出一種基于模態域子空間檢測器加權的水下目標檢測方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案的步驟如下：

步驟1：對垂直線列陣(Vertical Linear Array，VLA)的接收信號數據進行預處理并計算相關聲場參數：