[发明专利]一种基于模态强度匹配分析的目标深度辨识方法及系统

权利要求书

1.一种基于模态强度匹配分析的目标深度辨识方法，所述方法包括：

以水平拖线阵搭载的水面平台辐射噪声作为引导源，利用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态域能量值；

对水面平台辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到模态强度分布值及矩阵表示，并将矩阵表示作为匹配基准；

对深度待判决目标辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到深度待判决目标在水平拖线阵模态域中的矩阵表示；

将深度待判决目标在水平拖线阵模态域中的矩阵表示与匹配基准进行相关性分析，得到相关系数；

依据相关系数对待判决目标的深度进行辨识，得到判决结果；

所述方法具体包括：

步骤1)根据水面平台辐射噪声在水平拖线阵中的深度z₀，计算水面平台辐射噪声的模态域能量值Y_sum(f,l)为：

其中，ρ为密度，S(f)为目标声源在频点f处的幅频响应，φ_l(z)表示在深度z处的模态函数，*表示复共轭，k_l表示第l阶水平波束，l＝1,2,…,M，M表示模态总数，r₁为目标声源到水平拖线阵第一阵元的距离，L为其他阶模态对应残留分量；

步骤2)根据距离和幅度对水平拖线阵各阶模态中的影响一致性，对水面平台辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到第l阶模态强度分布值P_l(f,z,z₀)及矩阵表示形式P(f,z,z₀)：

其中，[·]^T表示矩阵转置；

步骤3)对深度待判决目标辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到深度待判决目标在水平拖线阵模态域中的矩阵表示P_S(f,z,z_s)为：

其中，z_s为目标深度；

步骤4)将步骤2)的P(f,z,z₀)作为匹配基准，将P_S(f,z,z_s)与匹配基准进行相关性分析，得到相关系数R(f,z_s)为：

其中，cov[P(f,z,z₀),P_S(f,z,z_s)]为P(f,z,z₀)与P_S(f,z,z_s)的协方差，d(P(f,z,z₀))为P(f,z,z₀)的方差，d(P_S(f,z,z_s))为P_S(f,z,z_s)的方差；

步骤5)将相关系数R(f,z_s)的最大峰值max[R(f,z_s)]与阈值进行比较，得到待判决目标深度z_s的判决结果：

当max[R(f,z_s)]小于阈值时，目标为水下目标；否则，目标为水面目标。

2.一种基于模态强度匹配分析的目标深度辨识系统，其特征在于，所述系统包括：辐射噪声模态域能量值生成模块、归一化处理模块和目标深度辨识模块；其中，

所述辐射噪声模态域能量值生成模块，用于以水平拖线阵搭载的水面平台辐射噪声作为引导源，利用模态域波束形成方法得到水面平台辐射噪声的模态域能量值；

所述归一化处理模块，用于对水面平台辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到模态强度分布值及矩阵表示，并将矩阵表示作为匹配基准；还用于对深度待判决目标辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到深度待判决目标在水平拖线阵模态域中的矩阵表示；

所述目标深度辨识模块，用于将深度待判决目标在水平拖线阵模态域中的矩阵表示与匹配基准进行相关性分析，得到相关系数；然后依据相关系数对待判决目标的深度进行辨识，得到判决结果；

所述辐射噪声模态域能量值生成模块的具体实现过程为：

根据水面平台辐射噪声在水平拖线阵中的深度z₀，计算水面平台辐射噪声的模态域能量值Y_sum(f,l)为：

其中，ρ为密度，S(f)为目标声源在频点f处的幅频响应，φ_l(z)表示在深度z处的模态函数，*表示复共轭，k_l表示第l阶水平波束，l＝1,2,…,M，M表示模态总数，r₁为目标声源到水平拖线阵第一阵元的距离，L为其他阶模态对应残留分量；

所述归一化处理模块的具体实现过程为：

根据距离和幅度对水平拖线阵各阶模态中的影响一致性，对水面平台辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到第l阶模态强度分布值P_l(f,z,z₀)及矩阵表示形式P(f,z,z₀)：

其中，[·]^T表示矩阵转置；

对深度待判决目标辐射噪声的模态域能量值进行归一化处理，得到深度待判决目标在水平拖线阵模态域中的矩阵表示P_S(f,z,z_s)为：

其中，z_s为目标深度；

所述目标深度辨识模块的具体实现过程为：

将P(f,z,z₀)作为匹配基准，将P_S(f,z,z_s)与匹配基准进行相关性分析，得到相关系数R(f,z_s)为：

其中，cov[P(f,z,z₀),P_S(f,z,z_s)]为P(f,z,z₀)与P_S(f,z,z_s)的协方差，d(P(f,z,z₀))为P(f,z,z₀)的方差，d(P_S(f,z,z_s))为P_S(f,z,z_s)的方差；

将相关系数R(f,z_s)的最大峰值max[R(f,z_s)]与阈值进行比较，得到待判决目标深度z_s的判决结果：

当max[R(f,z_s)]小于阈值时，目标为水下目标；否则，目标为水面目标。