[发明专利]一种适用于浅海负跃层条件的运动目标深度分类方法

摘要

本发明公开了一种基于声场波数谱分布特性的浅海运动目标深度分类方法，适用于浅海负跃层环境下水面/水下目标的分类识别，属于海洋工程、水声工程、阵列信号处理和声呐技术等领域。该方法中，单水听器或者水听器阵列布放在浅海负跃层以下海底附近，接收径向运动目标发射的窄带或宽带信号，并通过波数谱转换和声场模型软件离线计算等方法，实现水面/水下目标分类。相比于现有方法，本发明的有益效果体现在：本发明不受限于接收阵形和声源信号带宽，适用范围广泛；声场软件离线计算过程中，不需要精确的海洋环境信息，只需要声速最大/小值和海底声速值，易于实现。

主权项

1.一种利用声场波数谱差异特性的水面/水下目标分类方法，其特征在于：单水听器或者水听器阵列(阵列使用波束输出后的信号，可以适用于更低信噪比，其后续处理方法与单水听器一致，因此以下统一使用单水听器阐述发明内容)布放在浅海负跃层以下海底附近，接收径向运动目标发射的窄带或宽带信号(宽带信号处理结果是若干窄带信号处理结果的线性叠加，为了更为清晰地阐述发明内容，因此后文统一使用宽带信号)，并通过波数谱转换和声场模型软件离线计算等方法，实现水面/水下目标分类，其过程分为以下步骤：步骤一，水听器接收目标辐射的宽带信号，记为p(t,f)，其中，t表示采样时间，f表示信号频率，采样间隔为Δt；根据已知的目标运动速度v，将时域采样间隔Δt转换为距离分辨率Δr＝Δt*v，水听器接收的宽带信号则记为p(r,f)，其中，r是任意参考距离，发明方法仅需要已知一段采样时间内目标运动距离和距离分辨率Δr；步骤二将接收时域宽带信号p(r,f)转换到波数域，记为g(k_r,f)，转换公式如下式：式中，k_r为波数。步骤三假设水中声速最大值为c_max，最小值为c_min，海底沉积层声速为c_seafloor；计算波数k_down＝ω/c_seafloor，k_mid＝ω/c_max和k_up＝ω/c_min，其中ω＝2πf。将g(k_r,f)中满足k_down<k_r≤k_mid部分称为SRBR模态区域；将g(k_r,f)中满足k_mid<k_r<k_up部分称为non‑SRBR模态区域。计算SRBR模态区域和non‑SRBR模态区域内平均波数谱能量，计算公式如下式：G_SRBR＝∑g(k_r,f)/(k_mid‑k_down),k_down＜k_r＜k_mid  (2)G_non‑SRBR＝∑g(k_r,f)/(k_up‑k_mid),k_mid＜k_r＜k_up  (3)计算SRBR模态区域和non‑SRBR模态区域平均波数谱能量之比，记为PR_e＝G_SRBR/G_non‑SRBR，下角标e表示实际数据。步骤四利用声场软件离线仿真。声速剖面、接收水听器位置和声源频率信息与实际水听器接收情况保持一致，假设目标声源深度为z，利用声场软件仿真水听器接收到的运动目标辐射的宽带声场信号，记为按照步骤二和步骤三中实测数据的计算方法，计算不同目标声源深度z对应的PR_s(z)值，下角标s表示仿真数据。根据PR_s(z)变化曲线和水面/水下目标的判决需求，选择合适的水面/水下目标的临界PR_s值，记为PR_c。步骤五将步骤三中由实际数据得到的PR_e值与步骤四中由仿真数据得到的PR_c进行比较，当PR_e>PR_c时，判定为水下目标，反之为水面目标。