[发明专利]一种基于水声目标方位历程图的目标自动发现方法

说明书

本发明公开了一种基于水声目标方位历程图的目标自动发现方法，所述方法包括：在水声目标方位历程图上建立当前时刻的观测窗口；将若干个预先建立的匹配模板在观测窗口上滑动，计算每个匹配模板相对于观测窗口的相关系数谱，由此建立当前观测窗口的相关系数矩阵；基于相关系数矩阵计算当前时刻的目标检测概率谱；依次判定目标检测概率谱的每个元素对应的方位上是否存在目标，并获得目标测向结果。本发明的方法对于方位变化快速的目标具有更高的发现能力；对图像级噪声具有更高的抗噪能力；可以更好的平衡虚警与漏检，具有更高的可靠性。

技术领域

本发明涉及被动声纳信号与信息处理技术领域，具体涉及一种基于水声目标方位历程图的目标自动发现方法。

背景技术

水声目标的辐射噪声，如发动机噪声、水声探测脉冲、水声通信脉冲等可以被被动探测声纳阵列利用进行目标发现与测向。

借助于水声目标方位历程图对目标进行发现与自动跟踪是目前常用的一种水声目标发现与方位跟踪的方法。水声目标方位历程图的获取方法为：

1、按照一定的时间间隔，截取固定长度的声纳阵列接收信号；

2、以声纳阵列的某一个阵元为基准，按照一定的方位角间隔，计算对应方位角下各个阵元接收到的目标噪声的时间差；

3、根据各个阵元接收到的目标噪声的时间差，对各个阵元的接收信号沿时间轴平移进行时间补偿，沿时间轴进行平移的量等于当前阵元信号相对于基准阵元信号的时间差；

4、将时间补偿后的接收信号进行加权或者等权融合，得到对应方位角下的合成波束；

5、计算对应方位角下的合成波束的总能量值，得到以方位角为横坐标、能量幅值为纵坐标的波束能量谱，称为合成波束的方位能量谱，也称作水声目标方位历程图的一个快拍；

6、建立时间-方位角空间坐标系，以灰度值表示对应时间方位下的波束能量幅值，即可得到水声目标方位历程图。

如果当前方位角方向上存在水声声源时，时间补偿后的各个阵元信号的振幅在融合过程中会同向叠加，否则会完全或者部分抵消。因此，在目标方位上的合成波束的能量会高于其他方位的合成波束。如果噪声源持续存在，在水声目标方位历程图上会呈现出一条稳定的明亮轨迹，该轨迹会随着目标声源方位角的变化产生相应的倾斜或弯曲变化。

在实际应用中可以通过肉眼识别或合成波束能量分析实现人工或自动水声目标发现：

如果水声目标方位历程图上出现明亮轨迹，则可认为对应方位角上存在声源目标，同时完成目标测向；

如果在某一方位上出现合成波束能量高于临近方位角的合成波束的情况，并且该情况持续一定的时间，则可认为对应方位存在目标，同时完成目标测向。

但是，上述传统方法面临两个挑战：

1、声纳阵列的接收信号夹杂有海洋环境噪声，容易引发漏检或虚警。

2、目标方位快速变化时会使得能量峰值对应的方位产生变化，干扰对能量峰值在某一特定方位上持续时间的累加判定。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，实现了一种计算机辅助水声目标发现与测向技术，可以在低信噪比下对方位角快速变化的水下声源目标进行有效的自动发现与测向。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于水声目标方位历程图的目标自动发现方法，所述方法包括：

在水声目标方位历程图上建立当前时刻的观测窗口；

将若干个预先建立的匹配模板在观测窗口上滑动，计算每个匹配模板相对于观测窗口的相关系数谱，由此建立当前观测窗口的相关系数矩阵；

基于相关系数矩阵计算当前时刻的目标检测概率谱；