[發明專利]基于主動聲納陣列斜對稱特性的泄露目標空時檢測方法

有效

• 申請號: 201811242406.5
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN111090088B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 郝程鵬;閆林杰;劉明剛;侯朝煥
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王宇楊

1.一種基于主動聲納陣列斜對稱特性的泄露目標空時檢測方法，所述方法包括：

步驟1)在部分均勻混響背景下，對回波數據建立混響和信號的多通道離散時間模型，然后利用二元假設檢驗描述泄露目標的檢測問題；

步驟2)在二元假設檢驗下，利用主動聲納的陣列斜對稱特性，基于兩步GLRT檢驗準則設計出斜對稱泄露目標檢測器；

步驟3)在目標檢測過程中，根據回波數據和步驟2)設計的檢測器完成對泄露目標的檢測；

所述步驟2)具體包括：

步驟2-1)利用輔助數據對混響空時協方差矩陣M進行估計，得到具有斜對稱特性的混響協方差矩陣S_p：

S_p＝(S+J_NS^*J_N)/2

其中，(·)^*表示復共軛算子，為置換矩陣，表示實數域，即

其中，表示輔助數據；

步驟2-2)基于GLRT設計準則，斜對稱泄露目標檢測器的判決表達式為：

其中，T_p是脈沖寬度，∈為剩余時間延遲，是目標歸一化空時導向向量，表示復數域，x為主要數據的信號矩陣，H表示共軛轉置，H₀、H₁分別表示無目標假設和有目標假設，η表示一定虛警概率對應的檢測閾值；矩陣P為：

P＝D^*(∈)(D^T(∈)D^*(∈))^-1D^T(∈)

矩陣D(∈)為：

上式中，t₁＝-T_p-∈，t₂＝-∈，t₃＝T_p-∈。

2.根據權利要求1所述的基于主動聲納陣列斜對稱特性的泄露目標空時檢測方法，其特征在于，所述步驟1)具體包括：

步驟1-1)在部分均勻混響背景下，對回波數據建立混響和信號的多通道離散時間模型；

假設回波是由N_a個陣元組成的均勻線列陣接收，每個陣元接收的時域脈沖數為N_P，則空時處理的維數N＝N_aN_P；在泄漏目標模型下，接收的第i個距離單元的待檢測數據z_i為：

其中表示復數域，n_i代表服從高斯分布的混響成分，i＝1，…N_a，s_i代表泄漏信號分量，表示為

其中，α＝α_R+Jα_I是接收的目標幅值因子，它是一個未知確定參數，α_R和α_I分別是它的實部和虛部；χ_p(·；·)是發射波形的模糊度函數；∈₀∈[0，T_p]是導致相鄰單元間產生能量泄漏的剩余時間延遲，其大小代表目標能量泄漏的嚴重程度，T_p是脈沖寬度；f是目標多普勒頻移；是目標歸一化空時導向向量；l是待檢測單元樣本序號；

將當目標位置圍繞在第i個距離單元中心時的情況下，剩余時間延遲為∈：

∈的范圍為[-T_p/2，T_p/2]；

步驟1-2)基于步驟1-1)建立的多通道離散時間模型，利用二元假設檢驗描述泄露目標的檢測問題；

泄漏目標檢測的二元假設檢驗描述為：

其中，H₀、H₁分別表示無目標假設和有目標假設，i＝l-1，l，l+1表示待檢測數據，又稱為主要數據；k＝l+2，...，l+K+1表示從待檢測單元相鄰的距離單元收集得到的K個輔助數據，它不包含任何目標回波成分；在部分均勻環境下，i＝l-1，l，l+1與k＝l+2，...，l+K+1表示統計獨立的、零均值復高斯分布的混響向量，n_i～CN_N(0，γM)和n_k～CN_N(0，M)；其中：

上式中，M為未知的混響空時協方差矩陣，E[·]表示求期望運算，(·)^H表示矩陣的共軛轉置；當y＝1時，部分均勻環境便會退化為均勻環境。

3.根據權利要求2所述的基于主動聲納陣列斜對稱特性的泄露目標空時檢測方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括：

步驟3-1)在目標檢測過程中，基于回波數據計算檢測統計量T：

步驟3-2)當檢測統計量T大于檢測閾值η，則檢驗H₁成立，檢測結果為有目標，否則，檢驗H₀成立，檢測結果為無目標。