[發明專利]對水下入侵目標引起接收信號變化的無監督學習檢測方法

在審

• 申請號: 201811606471.1
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109782261A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 雷波;張遙;楊益新;卓頡
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539;G01S7/536;G01S15/88;G06F17/16;G06F17/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種對水下入侵目標引起接收信號變化的無監督學習檢測方法，將需要進行測試的數據預處理作為訓練數據，訓練數據從根節點依次建立的二叉樹，統計測試數據平均經過的節點數，計算測試脈沖數據的異常得分，判斷是否存在前向散射信號引起的接收信號異常變化；本發明采用無監督學習算法，實現了對水下入侵目標前向散射導致的微弱接收信號異常進行檢測，在減弱時變環境影響的同時充分利用各種已知信息，實現較好的檢測性能；相比現有方法，本發明可以實現對前向散射信號的實時檢測，且比采用常規iForest方法對目標前向散射引起的聲場變化檢測的效果更加顯著。

技術領域

本發明涉及一種引起接收信號變化的檢測方法。

背景技術

水下入侵物體穿過接收器與發射器之間的連線時，將會產生前向散射信號。前向散射信號與直達波干涉，從而導致接收信號產生異常變化，對該變化的檢測可以實現對入侵目標的預警。但是在遠程時前向散射信號比直達波弱20dB以上，使得接收信號的異常變化極其微弱，難以直接對這種微弱變化進行檢測。

目前采用的檢測方法主要是通過比較有無目標時聲場響應之間的差異，比如主分量分析方法，利用多次接收脈沖信號數據矩陣的主分量提取，實現對直達波的抑制，從而提高聲場變化的差異。自適應相消方法利用不同接收脈沖之間的信道自適應相消殘差，作為目標引起的聲場變化指示。或者利用聲場時反聚焦特性的變化，作為目標入侵指示。

該類傳統方法的問題在于，在信號和直達波強度相比非常微弱時，為了提高檢測效果，往往需要對多個脈沖信號同時進行處理后判斷，實時性較差。為了解決這一問題，盡管一些機器學習方法在檢測中已經開始使用，但是在直達波強干擾情況下，聲場變化指標不甚顯著。

鑒于現有方法在前向散射檢測中的缺點，有必要研究一種基于無監督的學習的檢測方法，用以對目標進行顯著的實時檢測。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種對接收信號實時處理的方法，用于檢測由水下入侵目標穿過收發連線時前向散射導致的接收信號變異。本發明為一種用于對前向散射進行檢測的方法，由發射端周期性發射單頻脈沖信號，在遠處布置的接收端上通過對接收信號進行實時處理，實現對目標穿過收發連線時的接收信號變異檢測。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括如下步驟：

步驟一：接收數據的預處理；

接收數據矩陣X由多個接收脈沖信號組成，表示如下：

X(t)＝[x₁(t)，x₂(t)，…，x_i(t)，…x_N(t)]

其中x_i(t)為第i個脈沖信號，N為脈沖個數，t為相對時間，預處理具體過程為：

1)對接收數據矩陣X進行希爾伯特變換，得到脈沖包絡矩陣H，具體變換過程為：

H(t)＝[h₁(t)，…，h_i(t)，…h_N(t)]

2)將脈沖包絡以信號功率歸一化，得到歸一化脈沖包絡矩陣

其中M為相對時間t的點數；

3)對歸一化脈沖包絡矩陣進行離散傅里葉變換(DFT)，得到脈沖包絡頻譜頻譜分辨率不低于1％接收信號帶寬：