[發明專利]一種基于多分辨二分奇異值分解的自適應底混響抑制方法

有效

• 申請號: 202010052956.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN113138377B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 許楓;馬龍雙;劉佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/537
• 分類號: G01S7/537;G01S15/88
• 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;楊青

本發明公開了一種基于多分辨二分奇異值分解的自適應底混響抑制方法，所述方法包括：獲取側掃聲納回波數據并進行預處理；對預處理后的回波數據構造二階Hankel矩陣，對二階Hankel矩陣進行奇異值分解；根據回波數據的相鄰數據段的能量梯度選取分解路徑方式；根據分解路徑方式重構回波信號，對重構回波信號構造二階Hankel矩陣，對二階Hankel矩陣進行奇異值分解，根據分解路徑方式重構回波信號；繼續該過程直至滿足分解階數截止條件，輸出與底混響分離的重構回波信號。本發明的方法利用多分辨二分奇異值分解方法，通過迭代處理逐步分離目標信號子空間與混響子空間，實現底混響抑制，從而改善聲圖，提高側掃聲吶目標檢測性能。

技術領域

本發明涉及聲吶領域，具體涉及一種基于多分辨二分奇異值分解的自適應底混響抑制方法。

背景技術

側掃聲吶是目前應用廣泛的水下沉底靜態小目標探測設備。工作時，側掃聲吶在垂直于航向方向形成兩個窄波束，用于水下小目標檢測時，目標回波產生的亮點和由于遮蔽引起的聲陰影是用于目標檢測的主要特征。

側掃聲吶為有源聲吶，在進行沉底或掩埋目標探測時，海底混響是其主要干擾，尤其當海底為沙底、硬泥底等底質時，底混響干擾更為嚴重。混響帶來圖像對比度下降、清晰度降低等問題。所以，底混響是影響側掃聲吶沉底靜態小目標檢測識別性能的主要因素。

常用的底混響抑制方法可分為兩大類：波形設計和信號處理。在聲吶工作形式確定的情況下，在接收端進行信號處理抑制底混響。其中較為常用的信號處理算法主要有預白化技術和濾波技術。預白化技術假設混響信號局部平穩，將數據分塊并構建AR模型，據此對接收混響信號預白化，最后通過匹配濾波實現混響抑制。這種算法假設混響信號局部平穩，而實際信號往往很難滿足此要求，普適性不強。濾波技術如分數階傅里葉變換將目標回波變換至分數階傅里葉域進行濾波處理實現混響抑制后的目的，但這種方法只適用于線性調頻信號。

發明內容

本發明的目的在于解決側掃聲吶對沉底靜態小目標檢測識別性能在底混響影響下下降的問題，提出了一種具有數據自驅動性的多分辨二分奇異值分解的底混響抑制方法；該方法采用迭代二分奇異值分解，通過子空間處理實現目標回波與底混響的分離。

為實現上述目的，本發明提出了一種基于多分辨二分奇異值分解的自適應底混響抑制方法，所述方法包括：

獲取側掃聲納回波數據并進行預處理；

對預處理后的回波數據構造二階Hankel矩陣，對二階Hankel矩陣進行奇異值分解；

根據回波數據的相鄰數據段的能量梯度選取分解路徑方式；

根據分解路徑方式重構回波信號，對重構回波信號構造二階Hankel矩陣，對二階Hankel矩陣進行奇異值分解，根據分解路徑方式重構回波信號；繼續該過程直至滿足分解階數截止條件，輸出與底混響分離的重構回波信號。

作為上述方法的一種改進，所述預處理包括：斜距校正和灰度校正。

作為上述方法的一種改進，所述對預處理后的回波數據構造二階Hankel矩陣，對二階Hankel矩陣進行奇異值分解；具體包括：

構造回波數據x(n),n＝1,2,...,N的2×(N-1)維Hankel矩陣H：

對H進行奇異值分解：