[發明專利]基于高刷新率聲脈沖的水下弱目標回波檢測前跟蹤方法

有效

• 申請號: 202010215107.3
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111427042B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 張殿倫;高林森;滕婷婷;孫大軍;蘭華林;梅繼丹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/66
• 分類號: G01S15/66;G01S7/524;G01S7/539
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉強

1.基于高刷新率聲脈沖的水下弱目標回波檢測前跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：基于高功率低刷新率信號，使其在同一周期內增加發射聲脈沖個數，且在周期內發射能量一定的情況下降低單個發射聲脈沖的功率，得到低功率高刷新率信號，并將其作為發射信號；

步驟二：將主動聲納探測系統接收到的回波信號進行匹配濾波處理；

步驟三：結合弱目標的運動狀態及步驟二中匹配濾波處理的結果建立目標的狀態方程及量測方程；

步驟四：結合步驟三中建立的運動方程及量測方程，然后通過檢測前跟蹤方法進行處理，得到弱目標的檢測、跟蹤結果；

所述步驟二中匹配濾波處理的公式為：

其中，r(k)為k時刻目標距接收基元的距離，c為聲速，T₀為信號脈寬，A_r為接收信號幅值，K為調制指數；

所述步驟三中運動狀態方程為：

其中，q_r為隨機加速度，q_A為能量的狀態噪聲；

所述步驟三中量測方程為：

其中，

其中(k-1)T≤t≤kT，r(k)為k時刻目標距接收基元的距離，A(k)為目標的能量幅值。

2.根據權利要求1所述的基于高刷新率聲脈沖的水下弱目標回波檢測前跟蹤方法，其特征在于所述步驟一中低功率高刷新率信號的單脈沖功率計算過程為：

假設發射信號為s(t)，單個發射聲脈沖的功率為P_1ping，T₀為信號脈寬，當在信號的發射周期T內信號的發射次數為1，即刷新率為1ping/T時，在周期T內的發射總能量W為：

W＝P_1ping·T₀ (1)

當發射信號的刷新率變為則：

W＝P_Nping·NT₀ (2)

通過(1)和(2)得到當信號的刷新率變為Nping/T時，發射信號的單個聲脈沖的功率為：

P_Nping＝P_1ping/N (3)。

3.根據權利要求1所述的基于高刷新率聲脈沖的水下弱目標回波檢測前跟蹤方法，其特征在于所述步驟二中主動聲納探測系統為收發合置主動聲納探測系統。

4.根據權利要求3所述的基于高刷新率聲脈沖的水下弱目標回波檢測前跟蹤方法，其特征在于所述步驟一中低功率高刷新率信號為LFM信號。

5.根據權利要求1所述的基于高刷新率聲脈沖的水下弱目標回波檢測前跟蹤方法，其特征在于所述步驟三中弱目標的運動狀態為：

X(k)＝[r(k)v_r(k)A(k)]′ (5)

r(k)為k時刻目標距接收基元的距離，v_r(k)為r(k)的速度，A(k)為目標的能量幅值。

6.根據權利要求1所述的基于高刷新率聲脈沖的水下弱目標回波檢測前跟蹤方法，其特征在于所述步驟四的具體步驟為：

步驟四一：在一定的位置、速度范圍內，按照均勻分布產生N個粒子，得到各個粒子的初始狀態Xⁱ(0)，同時按照目標初始存在概率PD(0)為每一個粒子賦予標記狀態Eⁱ(0)；

步驟四二：對粒子標記狀態進行轉移，其轉移過程如下：

P(Eⁱ(k)＝1|Eⁱ(k-1)＝0)＝P_birth (9)

P(Eⁱ(k)＝1|Eⁱ(k-1)＝1)＝1-P_birth (10)

P(Eⁱ(k)＝0|Eⁱ(k-1)＝1)＝P_death (11)

P(Eⁱ(k)＝0|Eⁱ(k-1)＝0)＝1-P_death (12)

其中，P_birth表示目標從不存在轉移至存在的概率，P_death表示目標從存在轉移至不存在的概率；

步驟四三：對運動狀態及量測值進行預測，其公式分別為

步驟四四：利用似然函數對每個粒子的權值進行計算，其具體步驟為：首先假設Eⁱ(k)＝0的粒子的權值為1，則只計算Eⁱ(k)＝1的粒子的權重，即利用二者的似然比表示Eⁱ(k)＝1的粒子的權值，

步驟四五：通過每個粒子的權值對粒子進行重采樣，其具體步驟為：首先將權值大的粒子進行復制，權值小的粒子刪除，粒子總數不變，每個粒子的權值變為

步驟四六、計算重采樣后標記Eⁱ(k)＝1粒子的數量，記為N_e，則k時刻的目標存在概率定義為

將目標存在概率與給定的門限P_th(k)進行比較，若P_E(k)＞P_th(k)，則該時刻目標檢測成功，然后對目標狀態進行估計：