[發明專利]一種基于分裂波束的水下目標的識別方法

有效

• 申請號: 202110307631.8
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113109824B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 張純;張巧花;許楓
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;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

1.一種基于分裂波束的水下目標的識別方法，該方法包括：

四象限分裂波束換能器以“窄帶—寬帶”波束交替周期的形式向某一海域發射特定頻率和特定帶寬的聲波信號，將聲波信號發射至該海域中的待測海洋生物目標，并產生散射回波信號，依次反射至四象限分裂波束換能器的四個通道接收機；

每個通道接收機依次接收從待測目標反射回來的回波信號，并分別對每個回波信號進行增益控制放大和AD模數轉換，得到四個通道的窄帶-寬帶交替發射的數字信號，并將四個通道的窄帶-寬帶交替發射的數字信號發送至信號混合器；

信號混合器對接收的四個通道的窄帶-寬帶交替發射的數字信號進行窄帶信號的波束分裂處理，獲取待測目標在分裂波束的位置；

同時，信號合成器對接收的四個通道的數字信號進行寬帶信號的合成處理，提取四個通道的數字信號中的寬帶信號，并將該四個寬帶信號進行合成，得到單波束寬帶信號，并對其進行處理，得到待測目標的尺寸和生物物種；

將待測目標在四個分裂波束的位置、尺寸和生物物種進行融合，得到待測目標的信息，完成對待測目標的識別；

所述信號合成器對接收的四個通道的數字信號進行寬帶信號的合成處理，提取四個通道的數字信號中的寬帶信號，并將該四個寬帶信號進行合成，得到單波束寬帶信號，并對其進行處理，得到待測目標的尺寸和生物物種；其具體過程為：

信號合成器提取所接收的四個通道的數字信號中的寬帶信號，并將四個寬帶信號進行合成，得到合成后的寬帶信號；

對合成后的寬帶信號進行時變增益補償，以補償聲波在水中傳播的擴展損失和吸收損失，得到目標真實的回波能量，按照距離進行補償，得到增益補償后的寬帶信號：

x_RX＝x_TX+Loss

其中，x_TX是發射時間序列的合成后的寬度信號；x_RX是接收時間序列的增益補償后的寬帶信號；

其中，

Loss＝20logR+αR?(1)

其中，Loss是損失補償量，單位：dB；R是待測目標的距離，單位：米；α是水的吸收系數，單位：dB/m；

采用匹配濾波器，采用傅立葉變換和傅立葉逆變換方法，對增益補償后的寬帶信號進行脈沖壓縮處理，獲得壓縮脈沖信號：

x_MF＝F^-1{F(x_TX)F(x_RX)}????????(2)

其中，x_MF是脈沖壓縮信號；F(·)是傅立葉變換；F^-1{·}是傅立葉逆變換；

脈沖壓縮信號x_MF的空間分辨率取決于信號的帶寬，根據探測海洋生物情況，設置信號檢測門限閾值，對脈沖壓縮信號進行峰值分離處理，獲得待測目標的起始位置和目標回波寬度，進而估計待測目標的尺寸大小；

根據脈沖壓縮信號的傅立葉變換得到海洋生物不同解剖結構回波的寬帶頻譜，利用海洋生物的解剖結構對不同聲波頻率散射的差異，利用現有的識別方法，識別待測目標的生物物種。

2.根據權利要求1所述的基于分裂波束的水下目標的識別方法，其特征在于，所述四象限分裂波束換能器包括：

圓形平面陣列和若干個抽頭，所述圓形平面陣列劃分成4個首尾相連接的象限區域，包括：帶有第一通道接收機的右上的第一象限區域、帶有第二通道接收機的左上的第二象限區域、帶有第三通道接收機的左下的第三象限區域和帶有第四通道接收機的右下的第四象限區域。

3.根據權利要求2所述的基于分裂波束的水下目標的識別方法，其特征在于，所述第一象限區域、第二象限區域、第三象限區域和第四象限區域均設置P個基元，P由波束寬度、轉換效率及旁瓣級確定。