[发明专利]一种被动声纳目标的时频分析与跟踪方法

说明书

本发明公开一种被动声纳目标的时频分析与跟踪方法，属于水声信号检测技术领域。对每路波束域信号单独进行傅里叶变换；将傅里叶变换后的数据叠加，获得一组频域数据；根据所需频段需求，在傅里叶变换后的数据中选择相应的谱线数据；进行频域时间积累和平滑处理；获得录用目标频谱的跟踪方位，再通过卡尔曼滤波进行跟踪。通过本发明提供的方法能够获得较高分辨率的频谱信息，在跟踪显示上具有更直观的数据，噪声信号的频率信息更加明确，为后续目标识别与判定提供更为有利的数据信息。

技术领域

本发明涉及水声信号检测技术领域，特别涉及一种被动声纳目标的时频分析与跟踪方法。

背景技术

海洋环境噪声与本舰噪声等干扰构成随机噪声场，而目标舰的噪声及其主动声纳发出的信号构成所要检测的未知随机信号。传统的随机噪声信号时频分析算法接收来自经陷波处理、方位归一化处理后的波束域信号。传统的噪声信号时频分析主要采用了傅立叶变换、线谱叠加和频域时间积累和平滑处理；同时具有跟踪功能，能够获取频域内线谱的方位变化情况。

传统的噪声信号时频分析通过傅立叶变换获取频域信息，对频域信息中的线谱进行叠加操作，降低了频谱的分辨率。获取的噪声信号的频率是一个大概的估计值，频率值并不准确。在显示幅面没有标注频率信息，只在方位上显示某些位置的频率值比较高。针对较高的频率信息进行噪声目标跟踪过程中，只能获取目标的方位信息，而检测不出当前目标的频率是多少。这样对判别噪声目标时带来困难，不利于噪声目标的模式识别等后续检测工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种被动声纳目标的时频分析与跟踪方法，以解决目前在随机噪声信号时频分析算法中不能明确频率信息的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种被动声纳目标的时频分析与跟踪方法，包括：

对每路波束域信号单独进行傅里叶变换；

将傅里叶变换后的数据叠加，获得一组频域数据；

根据所需频段需求，在傅里叶变换后的频域数据中选择相应的谱线数据；

进行频域时间积累和平滑处理；

获得录用目标频谱的跟踪方位，再通过卡尔曼滤波进行跟踪。

可选的，进行傅里叶变换的波束域信号为48路，傅里叶变换的点数为 4096点，谱线间隔△F＝7.8125Hz。

可选的，选择谱线的数量为768根。

可选的，进行频域时间积累和平滑处理包括：

将选取的768根谱线记为Z_{k_t}，其中k为1至768，t表示第t帧波束；通过平滑滤波器进行时间积累平滑处理，所述平滑滤波器长度M＝64，每次计算时更新帧数为N次，N为2、4或8；对平滑滤波器长度M点数据计算算术平均值；

平滑处理输出为J_{k_i}，i表示第i帧波束，对J_{k_i}进行归一化处理得到送至显示设备的最后处理结果D_{k_i}；D_{k_i}＝255*J_{k_i}/G，G为归一化系数，根据处理结果数据的绝对值进行选取；k为取值1～768的通道号。

可选的，获得录用目标频谱的跟踪方位，再通过卡尔曼滤波进行跟踪包括：

(1)插值测向方法：

所述插值测向方法的核心是相邻三波束方位内插方法，通过相邻三波束方位内插方法获得录用目标频谱的跟踪方位，所述相邻三波束方位内插方法利用目标相邻三波束，设置参变量，用下式求得实际目标的方位：