[發(fā)明專利]一種基于多幀空間譜聯(lián)合處理的目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110598780.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN113281729B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭恩明;陳新華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01S7/539
• 分類號(hào): G01S7/539;G01S15/04;G01S15/58
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 楊青;李彪

1.一種基于多幀空間譜聯(lián)合處理的目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)方法，所述方法包括：

采用復(fù)域壓縮感知方法對(duì)拖線陣接收數(shù)據(jù)進(jìn)行空間譜合成，得到每幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的空間譜；

對(duì)多幀空間譜進(jìn)行聯(lián)合處理，通過目標(biāo)方位軌跡能量的增強(qiáng)以提升檢測(cè)閾，得到滿足低信噪比下檢測(cè)目標(biāo)所需的檢測(cè)閾；

對(duì)空間譜累積結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)閾判決處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)；

所述方法具體包括：

步驟1)對(duì)陣列第l幀數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)解析變換，在復(fù)域構(gòu)造各陣元信號(hào)復(fù)解析數(shù)據(jù)，其中，第m個(gè)陣元的復(fù)解析數(shù)據(jù)為：

其中，1≤l≤L，L表示陣列總幀數(shù)，x_m(t),分別為實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)，t表示時(shí)域，j為虛部符號(hào)；

步驟2)在第n個(gè)掃描角度θ_n上，對(duì)第m個(gè)陣元的復(fù)解析數(shù)據(jù)按進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，得到經(jīng)時(shí)延補(bǔ)償后的第m個(gè)陣元的復(fù)解析數(shù)據(jù)為：

其中，d為陣元間距，c為聲速，n＝1,2,…N，N為掃描角度個(gè)數(shù)，m＝1,2,…M，M為陣元個(gè)數(shù)；

步驟3)在復(fù)域構(gòu)建經(jīng)時(shí)延補(bǔ)償后的協(xié)方差矩陣對(duì)主對(duì)角線元素置零，得到置零后的協(xié)方差矩陣

步驟4)按壓縮感知方式構(gòu)建觀測(cè)序列I＝[1,1,…,1]，構(gòu)建復(fù)域感知矩陣其中，復(fù)域感知矩陣的第n個(gè)元素A(θ_n)為：

其中，[·]^T為矩陣轉(zhuǎn)置；

步驟5)通過求解以下凸優(yōu)化問題得到空間信號(hào)稀疏系數(shù)S(θ)：

步驟6)對(duì)空間信號(hào)稀疏系數(shù)S(θ)進(jìn)行處理，得到陣列第l幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)空間譜P_l(θ)為：

P_l(θ)＝|S(θ)|²；

步驟7)當(dāng)l＜L，l+1，轉(zhuǎn)至步驟1)，當(dāng)l＝L，轉(zhuǎn)至步驟8)；

步驟8)令關(guān)聯(lián)處理后空間譜P(θ)＝0，P(θ)＝[P(θ₁),P(θ₂),…,P(θ_N-1),P(θ_N)]，設(shè)置目標(biāo)方位變化范圍為Δθ，l從1開始，直到l＝L-1，分別讀入第l幀和第l+1幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)空間譜P_l(θ)和P_l+1(θ)，并進(jìn)行如下關(guān)聯(lián)處理：

將P(θ_n)+max(P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ+1),…,P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ-1),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ))賦值給新的P(θ_n)，θ_n∈θ,n＝1,2,…,N，max(·)為最大值求取函數(shù)；n＝1,2,…,N，這樣得到：

P_l(θ)＝[P_l(θ₁),P_l(θ₂),…,P_l(θ_N-1),P_l(θ_N)]，

P_l+1(θ)＝[P_l+1(θ₁),P_l+1(θ₂),…,P_l+1(θ_N-1),P_l+1(θ_N)]；

步驟9)l從1到L，由P_l(θ)得到L幀空間譜關(guān)聯(lián)處理后數(shù)據(jù)P(θ)；

步驟10)根據(jù)L幀空間譜關(guān)聯(lián)處理后數(shù)據(jù)P(θ)得到檢測(cè)指數(shù)提取d_T為：

其中，P_max為空間譜最大值，θ₀為空間譜最大值對(duì)應(yīng)的方位，Δθ₀為波束寬度，E[·]為均值求取函數(shù)，σ[·]為標(biāo)準(zhǔn)差求取函數(shù)；

步驟11)根據(jù)檢測(cè)指數(shù)提取d_T得到相應(yīng)檢測(cè)閾DT為：

DT＝20lg(d_T)

當(dāng)DT≥6dB時(shí)，即可判定θ₀方位即為目標(biāo)方位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)。

2.一種基于多幀空間譜聯(lián)合處理的目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：空間譜合成模塊、空間譜聯(lián)合處理模塊和目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)模塊；其中，

所述空間譜合成模塊，用于采用復(fù)域壓縮感知方法對(duì)拖線陣接收數(shù)據(jù)進(jìn)行空間譜合成，得到每幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的空間譜；

所述空間譜聯(lián)合處理模塊，用于對(duì)多幀空間譜進(jìn)行聯(lián)合處理，通過目標(biāo)方位軌跡能量的增強(qiáng)以提升檢測(cè)閾，得到滿足低信噪比下檢測(cè)目標(biāo)所需的檢測(cè)閾；

所述目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)模塊，用于對(duì)空間譜累積結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)閾判決處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)；

所述空間譜合成模塊的具體處理過程包括：

對(duì)陣列第l幀數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)解析變換，在復(fù)域構(gòu)造各陣元信號(hào)復(fù)解析數(shù)據(jù)，其中，第m個(gè)陣元的復(fù)解析數(shù)據(jù)為：

其中，1≤l≤L，L表示陣列總幀數(shù)，x_m(t),分別為實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)，t表示時(shí)域，j為虛部符號(hào)；

在第n個(gè)掃描角度θ_n上，對(duì)第m個(gè)陣元的復(fù)解析數(shù)據(jù)按進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，得到經(jīng)時(shí)延補(bǔ)償后的第m個(gè)陣元的復(fù)解析數(shù)據(jù)為：

其中，d為陣元間距，c為聲速，n＝1,2,…N，N為掃描角度個(gè)數(shù)，m＝1,2,…M，M為陣元個(gè)數(shù)；

在復(fù)域構(gòu)建經(jīng)時(shí)延補(bǔ)償后的協(xié)方差矩陣對(duì)主對(duì)角線元素置零，得到置零后的協(xié)方差矩陣

按壓縮感知方式構(gòu)建觀測(cè)序列I＝[1,1,…,1]，構(gòu)建復(fù)域感知矩陣其中，復(fù)域感知矩陣的第n個(gè)元素A(θ_n)為：

其中，[·]^T為矩陣轉(zhuǎn)置；

通過求解以下凸優(yōu)化問題得到空間信號(hào)稀疏系數(shù)S(θ)：

對(duì)空間信號(hào)稀疏系數(shù)S(θ)進(jìn)行處理，得到陣列第l幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)空間譜P_l(θ)為：

P_l(θ)＝|S(θ)|²；

l從1到L，從而得到每幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的空間譜；

所述空間譜聯(lián)合處理模塊的具體處理過程包括：

令關(guān)聯(lián)處理后空間譜P(θ)＝0，P(θ)＝[P(θ₁),P(θ₂),…,P(θ_N-1),P(θ_N)]，設(shè)置目標(biāo)方位變化范圍為Δθ，l從1開始，直到l＝L-1，分別讀入第l幀和第l+1幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)空間譜P_l(θ)和P_l+1(θ)，并進(jìn)行如下關(guān)聯(lián)處理：

將P(θ_n)+max(P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ+1),…,P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ-1),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ))賦值給新的P(θ_n)，θ_n∈θ,n＝1,2,…,N，max(·)為最大值求取函數(shù)；n＝1,2,…,N，這樣得到：

P_l(θ)＝[P_l(θ₁),P_l(θ₂),…,P_l(θ_N-1),P_l(θ_N)]，

P_l+1(θ)＝[P_l+1(θ₁),P_l+1(θ₂),…,P_l+1(θ_N-1),P_l+1(θ_N)]；

l從1到L，由P_l(θ)得到L幀空間譜關(guān)聯(lián)處理后數(shù)據(jù)P(θ)；

根據(jù)L幀空間譜關(guān)聯(lián)處理后數(shù)據(jù)P(θ)得到檢測(cè)指數(shù)提取d_T為：

其中，P_max為空間譜最大值，θ₀為空間譜最大值對(duì)應(yīng)的方位，Δθ₀為波束寬度，E[·]為均值求取函數(shù)，σ[·]為標(biāo)準(zhǔn)差求取函數(shù)；

所述目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)模塊的具體處理過程包括：

根據(jù)檢測(cè)指數(shù)提取d_T得到相應(yīng)檢測(cè)閾DT為：

DT＝20lg(d_T)

當(dāng)DT≥6dB時(shí)，即可判定θ₀方位即為目標(biāo)方位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)。