[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

说明书

本发明公开了一种基于模态强度匹配分析的目标深度辨识方法及系统，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；并进行归一化处理，得到模态强度分布值及矩阵表示，将该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的矩阵表示；将深度待判决目标在水平拖线阵模态域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。本发明克服了深度匹配估计技术的不足，减少了海洋环境参数失配和声场模型失配对深度估计效果的影响。

技术领域

本发明涉及声纳信号处理领域，特别涉及一种基于模态强度匹配分析的目标深度辨识方法及系统。

背景技术

水中目标深度辨识是现代声纳系统的一个重要组成部分，是声纳系统后置数据处理的一个重要环节，尤其是对于水声对抗系统。由于单独依赖信号时频特征进行目标辨识的方法难以满足使用需求，迫切需要寻求新的途径加以解决从拾取声压数据中辨识目标深度问题。为了能够实现对水中目标深度有效辨识，有关学者提出采用匹配场处理方法实现对目标进行深度估计。这种方法充分简正波的模态分布，利用垂直阵实现深度上的采样，并采用简正波声传播模型计算拷贝场向量，然后将拷贝场与测量场进行匹配实现对目标深度估计，但是该方法面临计算量大、耗时长、受环境参数影响较大等问题。为了解决匹配场定位方法受环境参数影响较大等问题，有关学者提出一种基于双引导声源和warping变换的拷贝声场计算方法，该方法首先从垂直接收阵接收到的引导声源声场获取简正波本征函数，然后再从声场衰减信息和声场相位信息两个方向重构拷贝声场，并与目标声源的真实声场进行匹配实现目标定位，显著降低了环境参数对匹配声场的影响。但是该方法对引导声源有一定要求，实际应用存在一定难度，同时需要基于垂直阵实现对简正波模态深度采样。为了避免利用垂直阵解决目标深度辨识问题，有关学者陆续提出利用声强流的无功分量符号变化对浅海目标深度进行辨识，但是其临界深度过大，不宜进行深度辨识；后续又提出通过对目标频散特征提取、模态域处理等方式实现目标深度辨识，但该类方法据对海洋参数信息均有一定要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种基于模态强度匹配分析的目标深度辨识方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出了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。

作为上述方法的一种改进，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；