[發明專利]基于模態閃爍指數匹配分析的目標深度辨識方法及系統

在審

• 申請號: 202010613037.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111708007A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 陳新華;鄭恩明;李嶷
• 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;楊青

本發明公開了一種基于模態閃爍指數匹配分析的目標深度辨識方法及系統，本方法包括：以水平拖線陣搭載的水面平臺輻射噪聲作為引導源，利用模態域波束形成方法得到水面平臺輻射噪聲的模態域能量值，并進行歸一化處理，得到模態強度分布值及矩陣表示；根據模態強度分布值，得到各階模態分量閃爍指數，并作為匹配基準；根據深度待判決目標模態強度分布值，得到深度待判決目標的各階模態分量閃爍指數；將深度待判決目標的各階模態分量閃爍指數與匹配基準進行相關性分析，得到相關系數；依據相關系數對待判決目標的深度進行辨識，得到判決結果。本發明克服了深度匹配估計技術的不足，減少了海洋環境參數失配和聲場模型失配對深度估計效果的影響。

技術領域

本發明涉及聲納信號處理領域，尤其涉及一種基于模態閃爍指數匹配分析的目標深度辨識方法及系統。

背景技術

水中目標深度辨識是現代聲納系統的一個重要組成部分，是聲納系統后置數據處理的一個重要環節，尤其是對于水聲對抗系統。由于單獨依賴信號時頻特征進行目標辨識的方法難以滿足使用需求，迫切需要尋求新的途徑加以解決從拾取聲壓數據中辨識目標深度問題。為了能夠實現對水中目標深度有效辨識，有關學者提出采用匹配場處理方法實現對目標進行深度估計。這種方法充分簡正波的模態分布，利用垂直陣實現深度上的采樣，并采用簡正波聲傳播模型計算拷貝場向量，然后將拷貝場與測量場進行匹配實現對目標深度估計，但是該方法面臨計算量大、耗時長、受環境參數影響較大等問題。為了解決匹配場定位方法受環境參數影響較大等問題，有關學者提出一種基于雙引導聲源和warping變換的拷貝聲場計算方法，該方法首先從垂直接收陣接收到的引導聲源聲場獲取簡正波本征函數，然后再從聲場衰減信息和聲場相位信息兩個方向重構拷貝聲場，并與目標聲源的真實聲場進行匹配實現目標定位，顯著降低了環境參數對匹配聲場的影響。但是該方法對引導聲源有一定要求，實際應用存在一定難度，同時需要基于垂直陣實現對簡正波模態深度采樣。為了避免利用垂直陣解決目標深度辨識問題，有關學者陸續提出利用聲強流的無功分量符號變化對淺海目標深度進行辨識，但是其臨界深度過大，不宜進行深度辨識；后續又提出通過對目標頻散特征提取、模態域處理等方式實現目標深度辨識，但該類方法據對海洋參數信息均有一定要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種基于模態閃爍指數匹配分析的目標深度辨識方法，還提出了一種基于模態閃爍指數匹配分析的目標深度辨識系統。

為了實現上述目的，本發明提出了一種基于模態閃爍指數匹配分析的目標深度辨識方法，所述方法包括：

以水平拖線陣搭載的水面平臺輻射噪聲作為引導源，利用模態域波束形成方法得到水面平臺輻射噪聲的模態域能量值；

對水面平臺輻射噪聲的模態域能量值進行歸一化處理，得到模態強度分布值及矩陣表示；

根據模態強度分布值，得到各階模態分量閃爍指數，并作為匹配基準；

根據深度待判決目標模態強度分布值，得到深度待判決目標的各階模態分量閃爍指數；

將深度待判決目標的各階模態分量閃爍指數與匹配基準進行相關性分析，得到相關系數；

依據相關系數對待判決目標的深度進行辨識，得到判決結果。

作為上述方法的一種改進，所述方法具體包括：

步驟1)根據水面平臺輻射噪聲在水平拖線陣中的深度z₀，計算水面平臺輻射噪聲的模態域能量值Y_sum(f,l)為：

其中，ρ為密度，S(f)為目標聲源在頻點f處的幅頻響應，φ_l(z)表示在深度z處的模態函數，*表示復共軛，k_l表示第l階水平波束，l＝1,2,…,M，M表示模態總數，r₁為目標聲源到水平拖線陣第一陣元的距離，L為其他階模態對應殘留分量；