[发明专利]基于生成式对抗网络的主动声呐探测波形识别方法及装置

说明书

本申请提供了一种基于生成式对抗网络的主动声呐探测波形识别方法及装置。该方法包括：获取声呐探测器在发出探测信号之后，接收到的声呐信号；在利用GAN网络中的判别器确定声呐信号中包含探测信号对应的回波信号的情况下，利用GAN网络中的生成器对声呐信号进行畸变补偿，获得补偿后的声呐信号；利用匹配滤波器对所述补偿后的声呐信号进行匹配检波。该方法使用预先训练的生成器对声呐信号进行畸变补偿，可以解决由于水声信道发生时空频变，导致使用匹配滤波器对声呐信号进行检波时，匹配滤波器性能下降的问题。

技术领域

本申请涉及水下探测技术领域，尤其涉及一种基于生成式对抗网络的主动声呐探测波形识别方法及装置。

背景技术

主动声呐是水下探测的一种方式。具体是指，声呐探测器主动向水中发出探测信号，而后接收水中目标反射的回波信号，根据回波信号识别该目标。在识别时，通常需要对回波信号进行波形检测，将目标波形信号从回波信号中检测出来。

由于匹配滤波器在白噪声背景下检测确知信号时可保证输出最大的信噪比，因此，传统的检测方法中，通常采用匹配滤波器对回波信号进行匹配检波。但进行水下探测时，安装声呐探测器的平台和水中目标的运动、以及水面和水底的多次反射等因素的干扰，会导致水声信道发生畸变，使得匹配滤波器的检测性能严重下降。

发明内容

本申请提供了一种基于生成式对抗网络的主动声呐探测波形识别方法及装置，使用生成器对接收到的回波信号进行畸变补偿，提高匹配滤波性能。

第一方面，本申请提供了一种主动声呐探测波形识别方法，应用于声呐探测器。

该方法包括：获取声呐信号；所述声呐信号包括声呐探测器在发出探测信号之后，接收到的信号；在利用GAN网络中的判别器确定所述声呐信号中包含探测信号对应的回波信号的情况下，利用所述GAN网络中的生成器对所述声呐信号进行畸变补偿，获得补偿后的声呐信号；所述GAN网络根据理想信号样本、畸变信号样本和混响信号样本训练获得；利用匹配滤波器对所述补偿后的声呐信号进行匹配相关检波。

上述方案中，通过预先训练的判别器进行波形识别，当确定声呐信号中包含回波信号时进行畸变补偿和匹配相关检波，可以提高信号处理效率。并且，使用预先训练的生成器进行畸变补偿，可以解决声呐信号由于水声信道发生时空频变引起的畸变问题，提高匹配滤波器的检波性能，以获得更加准确的波形信号。

在一种可能的实施方式中，所述GAN网络的训练过程包括：将所述混响信号样本输入所述生成器，获得所述生成器的输出；分别将波形信号样本和所述生成器的输出输入所述判别器，获得所述判别器的输出；所述波形信号样本包括所述理想信号样本和所述畸变信号样本。

在一种可能的实施方式中，所述理想信号样本通过探测信号样本卷积理想信道的传输函数获得。

在一种可能的实施方式中，所述畸变信号样本通过下述步骤获得：将探测信号样本卷积理想信道对应的畸变信道的传输函数，获得初始畸变信号样本；按照预设信号混比，将所述初始畸变信号样本和所述混响信号样本相加，获得所述畸变信号样本。

在一种可能的实施方式中，所述混响信号样本通过探测信号样本卷积混响响应函数获得。

在一种可能的实施方式中，所述畸变信道包括：平坦衰落信道、时间选择性衰落信道、频率选择性衰落信道和时间频率两维选择性衰落信道中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，所述利用GAN网络中的判别器确定所述声呐信号中包含探测信号对应的回波信号包括：将所述声呐信号输入所述判别器，获得所述判别器输出的概率值；根据所述概率值，确定所述声呐信号中包含探测信号对应的回波信号。

第二方面，本申请提供一种主动声呐探测波形识别装置，该装置应用于声呐探测器。该装置包括：获取模块、补偿模块和检波模块。