[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

本發明公開了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。本發明的方法降低了降低對輔助樣本的需求量，提高了小樣本情況下主動聲納的檢測性能。

技術領域

本發明涉及聲納技術領域，具體涉及基于主動聲納陣列斜對稱特性的泄露目標空時檢測方法。

背景技術

混響作為主動聲納回波檢測的主要背景干擾之一，它伴隨著發射信號產生，頻譜特征與發射信號頻譜基本一致，是一種平均強度隨時間衰減的非平穩隨機過程。當聲納平臺具有一定運動速度時，不同方位的混響具有不同的多普勒頻移，稱為混響的空時耦合特性。基于混響的上述特點，傳統的處理方法如匹配濾波很難實現對混響的有效抑制，應考慮涉及空域和時域的二維聯合抑制方法，即空時自適應處理方法(STAP)。基于STAP理論，一種將濾波和檢測有機結合的空時自適應檢測(STAD)方法實現了混響抑制與目標檢測的一體化，與先抑制混響后檢測的STAP方法相比，對觀測數據的利用更為有效，檢測性能也更優。

針對高斯混響背景下點目標的STAD問題，許多經典方法得以提出，包括最大似然比檢驗(GLRT)、自適應匹配濾波器(AMF)、Wald、Rao等多種檢測方法。值得注意的是，這些檢測方法均基于兩個重要的前提假設：一是須獲得足夠多的均勻輔助數據，以保證對混響協方差矩陣估計的有效性。均勻的輔助數據是指與主數據具有相同的混響協方差矩陣，為確保這個特性，輔助數據需從與待檢測數據臨近的距離單元選取；二是均基于理想的目標采樣模型，即目標回波的位置與采樣時刻對應一致，即不存在任何能量的泄漏。實際上，目標能量泄漏是聲納系統的應用中非常常見，當一個點目標跨坐于(straddle)兩個連續的距離單元時，能量泄漏的情況就會出現。

意大利學者Orlando等以機載雷達為對象率先開展了基于泄漏目標模型的STAD研究。采用了兩步GLRT設計準則，針對部分均勻高斯混響背景，提出了泄漏目標模型下的自適相干估計器(M-ACE)。部分均勻背景是假設待檢測單元的混響分量與輔助數據混響的空時協方差矩陣結構相同，只相差一個未知的能量比例因子，該背景在主動聲納實際應用中經常會遇到。研究結果表明，泄漏目標STAD方法可在一定程度上補償泄漏損失，提高檢測概率。

現有用于部分均勻混響背景的泄漏目標檢測方法，需要獲得充足的均勻輔助數據，“充足”通常指輔助數據長度至少是空時處理維數的兩倍。這不僅使得模型的運算量十分龐大，而且對輔助數據的需求量要求太高。實際的水下復雜多變，受界面起伏及水中微生物等因素的影響，導致可獲得的均勻輔助數據數量將非常有限，甚至會小于空時處理的維數，因此現有方法在實際水下環境中不適用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有的泄漏目標檢測方法對輔助數據的需求量要求較高，運算量也十分龐大，在實際的水下環境中并不適用的缺陷。提出一種適用于部分均勻混響背景的斜對稱泄漏目標檢測方法，通過在使用等間距線陣的主動聲納系統中，其混響空時協方差矩陣和目標導向向量都會具有斜對稱特性的特點，減少了協方差矩陣中未知參數的數量，使輔助數據的需求量縮減為傳統STAD的一半，從而降低對輔助樣本的需求量，提高小輔助樣本情況下的檢測性能，便于實際應用。

為了實現上述目的，本發明提出了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。