[发明专利]一种适用于浅海负跃层条件的运动目标深度分类方法

说明书

本发明公开了一种基于声场波数谱分布特性的浅海运动目标深度分类方法，适用于浅海负跃层环境下水面/水下目标的分类识别，属于海洋工程、水声工程、阵列信号处理和声呐技术等领域。该方法中，单水听器或者水听器阵列布放在浅海负跃层以下海底附近，接收径向运动目标发射的窄带或宽带信号，并通过波数谱转换和声场模型软件离线计算等方法，实现水面/水下目标分类。相比于现有方法，本发明的有益效果体现在：本发明不受限于接收阵形和声源信号带宽，适用范围广泛；声场软件离线计算过程中，不需要精确的海洋环境信息，只需要声速最大/小值和海底声速值，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种基于声场波数谱分布特性的浅海运动目标深度分类方法，适用于浅海负跃层环境下水面/水下目标的分类识别，属于海洋工程、水声工程、阵列信号处理和声呐技术等领域。

背景技术

在浅海，常见的目标深度分类方法多是基于匹配场处理(Matched FieldProcessing,MFP)。然而，在实际应用中，模型参数失配(包括环境参数失配和系统参数失配等)限制了匹配场处理技术性能的发挥；基于匹配场处理框架的目标距离或深度估计方法都未能达到满意效果。单就水面/水下目标分类判别而言，主要有模态闪烁指数二值判别法(Premus V.Modal scintillation index:A physics-based statistic for acousticsource depth discrimination[J].The Journal of the Acoustical Society ofAmerica,1999,105(4):2170-2180)、声压互谱正负号判别法(余赟,惠俊英,陈阳等.浅海低频声场中目标深度分类方法研究[J].物理学报, 2009,58(9):6335-6343)和匹配模态滤波方法(Yang T C.Source depth estimation based on synthetic aperture beamfomingfor a moving source[J].Journal of the Acoustical Society of America,2015,138(3):1678-1686)等。然而，上述方法对垂直线列阵的布放要求严苛，要求其覆盖全海深并且阵元间距足够小以保证每阶模态能够充分采样；如果是水平线列阵，则对其孔径和布放深度有严格的限制。

针对夏季典型负跃层声速剖面，当目标位于负跃层以浅、接收位于负跃层以深时，水听器接收声场主要由高阶的海底海面反射(Surface-Reflected Bottom-Reflected，SRBR)模态组成，对应的波导不变量β≈1；而当目标和接收均位于负跃层以深时，水听器接收声场主要由低阶的折射海底反射(Refracted Bottom-Reflected，RBR)模态和折射-折射(Refracted Refracted，RR)模态组成，两种统称为non-SRBR模态，对应的波导不变量β>1。对于负跃层以浅声源信号，主要来自水面目标，而对于负跃层以深声源信号，则主要来自水下目标。因此，可以根据波导不变量β值分布实现水面/水下目标的分类判别。然而，波导不变量方法对接收信号的带宽有一定的要求，主要适用于宽带运动目标。

发明内容

本发明的目的是：常见的水面/水下目标分类方法需要较为精确的海洋环境信息(尤其是声速剖面)，或者特定阵形，或者要求目标信号是宽带信号。针对夏季浅海负跃层海洋环境，本发明提出了一种利用声场波数谱差异特性的水面/水下目标分类方法，方法仅需要少量的海洋环境信息，并且不受信号带宽的限制，既适用于单水听器，也适用于水平阵、垂直阵等其他阵形。