[發明專利]基于多物理特征的主動聲吶目標識別方法

有效

• 申請號: 202210436332.9
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114545422B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 杜栓平;王方勇;唐浩;朱輝慶;李帝水;谷新禹
• 申請（專利權）人: 杭州應用聲學研究所（中國船舶重工集團公司第七一五研究所）
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01S7/539
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明提出一種基于多物理特征的主動目標識別方法，首先通過初篩快速篩選出疑似目標，然后對疑似目標進行徑向速度、徑向尺度、多回波相似度、亮點結構、調頻回波子帶相關性、回波相位等多物理特征提取，根據專家知識構建綜合判別準則，最后通過模糊邏輯分類系統實現對水下目標高置信度識別。本發明提出的初判與精判相結合的探辨一體化主動目標識別方法，可有效解決主動聲吶高虛警問題，顯著提升探測效能；同時通過互補性和關聯性地運用目標多物理特征，有效提高了目標識別正確率和寬容性。

技術領域

本發明屬于主動聲吶領域，主要是一種基于多物理特征的主動聲吶目標識別方法。

背景技術

目標識別是當前制約主動聲吶水下實際探測效能（探魚、探蛙人、探航行器等）的關鍵瓶頸技術，隨著主動聲吶目標檢測技術的不斷提升，需求日益迫切。現有主動聲吶由于缺乏有效的主動目標識別功能，在實際使用條件下，受海洋混響、海底/海面雜波影響，目標檢測虛警率居高不下，用戶難以從眾多雜波中快速確定用戶所關注的目標，聲吶作用距離的提升未能有效提升聲吶對水下感興趣目標（魚群、蛙人、航行器）等的探測效能。可見，主動聲吶目標識別的實際應用需求十分迫切。

多年來，國內外學者開展了大量關于水下目標的主動識別技術研究，主要研究思路是提取和利用具有可鑒別性的回波特征。目前廣泛研究和使用的特征以數值統計特征為主，主要包括回波包絡波形、包絡過零點密度、包絡面積比、AR模型參數、梅林變換系數、高階矩等。由于上述特征物理意義缺乏，與水下目標類別的映射關系不明確，其可分性嚴重依賴數據樣本，且對海洋環境和目標的寬容性較差，人對基于上述特征的目標識別性能不可控，泛化推廣能力差，難以實際應用。因此，急需一種寬容性好、識別正確率高的目標識別方法，以解決現有主動聲吶在實際海洋環境下的高虛警問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種基于多物理特征的主動聲吶目標識別方法。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。一種基于多物理特征的主動聲吶目標識別方法，包括步驟如下：

步驟一：接收主動聲吶陣元數據，經過預處理得到波束域數據；

步驟二：對波束域數據進行多域聯合處理，進行基于特征檢測的初步篩選，得到若干疑似目標；同時，接收跟蹤目標信息，分別利用初步篩選目標信息和跟蹤目標信息，在波束域數據中提取目標波束；

步驟三：對所選目標波束進行基于多物理特征的精確判別，輸出目標的類別和置信度；

（1）、對所選目標波束提取多個具有明確物理含義的特征，包括目標速度特征、目標尺度特征、目標亮點結構特征、目標連續回波相似度特征、目標回波子帶相關性特征和目標回波相變特征，其中目標速度特征包括目標絕對速度特征和目標徑向速度特征；

（2）、對每個具有明確物理含義的特征進行統計分析，生成該特征的隸屬度函數；

（3）、設計模糊推理知識規則庫，根據專家經驗按物理含義將特征進行分類，對每一類特征產生相應的模糊“if-then”規則；然后，再由同一目標對應的不同類特征之間的關系，產生類間模糊“if-then”規則，具體采用三級判別機制；

（3.1）、首先進行第一級判別：目標動靜判別，根據目標徑向速度或絕對速度大小將目標判為運動目標和靜止目標；

（3.2）、根據第一級判別結果，進行第二級判別，第二級判別分為兩部分；

（3.2.1）、當一級判別結果為運動目標時，分別根據目標亮點結構特征、目標速度特征、目標尺度特征、目標連續回波相似度特征，進行水面運動目標與水下運動目標判別；利用判別規則A，得到第二級判別下對運動目標水面水下分類結果和相應置信度；