[發(fā)明專利]一種利用多普勒原理的水下物體追蹤方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110016121.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112835024A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 仇飛;陳勐勐
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: G01S13/50
• 分類號: G01S13/50;G01S13/66
• 代理公司: 北京中索知識產(chǎn)權代理有限公司 11640
• 代理人: 劉潔

1.一種利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于，包括如下方法步驟：

S1.1、對空掃描：向追蹤水域釋放至少一段固定頻率的脈沖波，并利用脈沖與浮游物接觸后產(chǎn)生回波的原理對浮游物進行掃描；

S1.2、回波采集：對回波進行采集，并對采集的回波進行存儲；

S1.3、頻差計算：對采集的回波與釋放的脈沖波之間的頻差進行計算，以計算出追蹤水域釋水下的浮游物的移動速度以及浮游物所占范圍的大小；

S1.4、頻差數(shù)顯：利用模數(shù)轉換器將計算的頻差轉換成數(shù)字信號，并將數(shù)字信號通過顯示器顯示出來；

S1.5、熱像追蹤：利用非接觸探測紅外能量對追蹤水域進行探測，并將探測的溫度信號轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，以對浮游物的位置進行追蹤。

2.根據(jù)權利要求1所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S1.1中脈沖波通過雷達發(fā)射機進行釋放，包括如下步驟：

S2.1、雷達發(fā)射機的電磁能量經(jīng)過收發(fā)轉換開關傳送至天線；

S2.2、天線接收后，將電磁能量釋放至大氣中,集中在追蹤水域的方向上形成波束,并向前傳播；

S2.3、電磁波遇到水下的浮游物后,將沿著各個方向產(chǎn)生反射,其中的一部分電磁能量反射回雷達發(fā)射器的方向,被雷達天線獲取；

S2.4、天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉換開關發(fā)送至接收機，形成回波，并對回波進行處理。

3.根據(jù)權利要求2所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S2.4中回波處理采用有源濾波器，其濾波方法如下：

S3.1、選取回波中的波形鄰域；

S3.2、計算鄰域的中值，并將中值與中心點替換。

4.根據(jù)權利要求3所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S1.2中回波采集采用數(shù)字觸發(fā)的采樣方法，其步驟如下：

S4.1對波形信號進行采集,并將采集到的波形數(shù)據(jù)和觸發(fā)電平進行比較，找到波形在上升過程中大于或等于該觸發(fā)電平的點，形成觸發(fā)信號；

S4.2、觸發(fā)信號形成后，開始對波形進行存儲。

5.根據(jù)權利要求1所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S1.3中頻差的計算采用多普勒頻差提取的方法，包括如下步驟：

S5.1、在不同時間交替發(fā)送數(shù)據(jù)符號和導頻符號，并采用時隙為基本單元；

S5.2、接收數(shù)據(jù)符號和導頻符，將其組合成循環(huán)前綴和循環(huán)正交序列；

S5.3、徑接收端從基帶接收信號提取導頻符號發(fā)送至頻差計算器，并將計算出的徑頻率參數(shù)輸出到最強徑搜索器；

S5.4、最強徑搜索器接收后，對徑頻率參數(shù)進行統(tǒng)計，以選擇出最強徑頻率參數(shù)；

S5.5、對最強徑頻率參數(shù)進行LCR檢測，并計算出頻差。

6.根據(jù)權利要求5所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S5.5中LCR檢測步驟如下：

S6.1、設置測試頻率的閾值電平；

S6.2、對頻率參數(shù)進行開路、短路校準；

S6.3、重復步驟S6.2，以實現(xiàn)實時檢測。

7.根據(jù)權利要求6所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S6.1中閾值電平的電場分量計算公式如下：

其中，N_R電場分量；f_d為回波最大多普勒頻差；α為閾值電平。

8.根據(jù)權利要求7所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述閾值電平的計算公式如下：

其中，R為特定電平；R_ms為衰落包絡。

9.根據(jù)權利要求5所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S5.5中頻差計算公式如下：

其中，f_di為各個速度相對應的多普勒偏差真實值；為f_di的估計值；m為采用的速度數(shù)目。

10.根據(jù)權利要求1所述的利用多普勒原理的水下物體追蹤方法，其特征在于：所述S1.5中熱成像追蹤方法如下：

S7.1、利用光學器件將追蹤水域下的的浮游物發(fā)出的紅外能量聚焦在紅外探測器上；

S7.2、紅外探測器將紅外數(shù)據(jù)轉換成標準的視頻格式，用于在標準的視頻監(jiān)視器上顯示出來。