一種基于陣列的弱線譜目標(biāo)被動(dòng)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種弱線譜目標(biāo)被動(dòng)檢測方法，特別設(shè)及一種基于陣列的弱線譜 目標(biāo)被動(dòng)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 線譜特征是水下航行器所具有的一類固有特征，而且目標(biāo)線譜強(qiáng)度往往會(huì)高于連 續(xù)譜強(qiáng)度，線譜檢測既有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離低信噪比目標(biāo)又有利于對目標(biāo)的分辨識(shí)別。采用 陣列的線譜檢測方法可W獲得空間處理增益，有利于對弱目標(biāo)的檢測，通常寬帶陣列信號(hào) 處理技術(shù)是將各頻點(diǎn)的波束形成空間譜輸出結(jié)果做加法處理得到總的寬帶波束形成空間 譜輸出曲線的，將運(yùn)種方法簡稱為一般加法波束形成處理。最常見的是常規(guī)波束形成（CB巧 線譜檢測器利用波束形成得到對線譜目標(biāo)的空間增益，因此跟單陣元相比提高了對線譜目 標(biāo)的檢測能力。但是運(yùn)種陣列信號(hào)處理領(lǐng)域的常規(guī)波束形成（CB巧技術(shù)對于接收機(jī)工作頻 帶內(nèi)等信噪比強(qiáng)度的連續(xù)譜目標(biāo)和線譜目標(biāo)具有幾乎相同的檢測能力，并不具備?？卺槍?線譜信號(hào)的檢測優(yōu)勢。而且CBF線譜檢測器需要四維顯示，常規(guī)顯示器都是Ξ維視窗，因此 需要開多個(gè)Ξ維視窗W達(dá)到四維顯示的效果，不利于觀察。有文獻(xiàn)中曾提出了一些針對弱 線譜目標(biāo)的陣列信號(hào)處理檢測方法?，F(xiàn)總結(jié)如下。
[0003] 《一種基于頻率方差加權(quán)的線譜目標(biāo)檢測方法》聲學(xué)學(xué)報(bào)，2010, 35(1) :76-80. (W 下簡稱文獻(xiàn)1)文獻(xiàn)1給出了一種基于頻率方差加權(quán)的線譜目標(biāo)檢測方法，是一種根據(jù)檢測 到的線譜頻率方差調(diào)節(jié)各方位空間譜輸出的加權(quán)系數(shù)，系數(shù)大小與頻率方差大小成反比。 線譜的頻率方差小，權(quán)系數(shù)大，該方位波束輸出值大。方法的優(yōu)點(diǎn)是有效的避免了傳統(tǒng)線譜 檢測需四維顯示運(yùn)一難題，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)連續(xù)譜干擾條件下的弱線譜目標(biāo)檢測，可同時(shí)檢測多 個(gè)線譜目標(biāo)。方法的缺點(diǎn)是需要進(jìn)行時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)才能夠確定頻率方差值進(jìn)而確定空間譜 輸出權(quán)值，得到空間譜輸出，因而方法給出檢測結(jié)果需要的積分時(shí)間長，無法實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)間 拍即可給出結(jié)果的實(shí)時(shí)處理，而且方法無法確定線譜目標(biāo)的精確方位，對目標(biāo)的方位估計(jì) 精度低，多目標(biāo)分辨能力差如圖10。
[0004] 《瞬時(shí)頻率方差加權(quán)導(dǎo)向最小方差波束形成檢測器》.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011， 32化）：730-735.(W下簡稱文獻(xiàn)2)文獻(xiàn)2將瞬時(shí)頻率方差加權(quán)技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)向最小方差波 束形成檢測器，可W利用到導(dǎo)向最小方差波束形成檢測器分辨率高，旁瓣低的優(yōu)點(diǎn)，但是同 樣無法改變其需要進(jìn)行時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)，且對線譜目標(biāo)方位估計(jì)精度低的問題，因此大部分 時(shí)候只能用于針對線譜目標(biāo)的粗略檢測方法，無法進(jìn)行精確的方位估計(jì)如圖11。 陽0化]《水下聲信號(hào)未知頻率的目標(biāo)檢測方法研究》。兵工學(xué)報(bào).2012,33(4) :471-475. (W下簡稱文獻(xiàn)3)文獻(xiàn)3提出了一種頻率未知情況下基于陣列信號(hào)處理的目標(biāo)檢測方法。 利用噪聲所對應(yīng)頻率單元波束輸出的最大值隨機(jī)，而目標(biāo)所對應(yīng)的頻率單元波束輸出最大 值基本一致的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)各頻率單元在多個(gè)時(shí)刻波達(dá)方位估計(jì)值0A)結(jié)果的穩(wěn)定性，從而 實(shí)現(xiàn)對線譜目標(biāo)的檢測。該方法同樣需要在時(shí)間上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，運(yùn)算時(shí)間長實(shí)時(shí)性差，且無法 進(jìn)行同頻率線譜的多目標(biāo)分辨，當(dāng)存在同頻率線譜的多目標(biāo)時(shí)方法僅能跟蹤獲得強(qiáng)目標(biāo)的 方位，對弱目標(biāo)的檢測失效如圖12。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種針對性強(qiáng)、直觀性好、簡單可行的基于陣列的弱線譜 目標(biāo)被動(dòng)檢測方法。
[0007] 上述的發(fā)明目的是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[000引步驟一、對Μ個(gè)陣元接收到的信號(hào)XI(t)，X2(t)，…，^知）分別做快速傅里葉變換， 得到各個(gè)陣元接收到的信號(hào)的頻譜Xl(f)，X2(f)…Xm(f);
[0009] 其中，Μ為陣元個(gè)數(shù)，f為頻率；
[0010] 步驟二、利用各個(gè)陣元接收到的信號(hào)的頻譜Xl訊，X2訊…Xm訊的各頻點(diǎn)頻譜值 做頻域波束形成處理，得到各頻點(diǎn)的波束輸出方位譜，將子帶內(nèi)的L個(gè)波束輸出方位譜寫 成如下矩陣模式即頻率方位輸出矩陣形式：
[0011]
陽01引其中，f康示信號(hào)處理頻帶內(nèi)的第i個(gè)頻率點(diǎn)，i的取值范圍為1~L，f1為信號(hào) 處理頻率點(diǎn)下限，片為信號(hào)處理頻率上限，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置；L=B/Δf，B為信號(hào)處理帶寬， Af為頻率分辨率；Θ為波束掃描角，按照角度掃描分辨率將Θ劃分為[0 1，0 2，···，0J 共N個(gè)角度，N= 180/ΔΘ，ΔΘ為角度掃描分辨率；頻率方位輸出矩陣是關(guān)于頻率和方位 的二維輸出矩陣；
[0013] 步驟Ξ、對頻率方位輸出矩陣P做轉(zhuǎn)置，得到轉(zhuǎn)置后的頻率方位輸出矩陣ρτ;
[0014] 步驟四、對轉(zhuǎn)置后的頻率方位輸出矩陣ρτ的每個(gè)行向量的波束頻率輸出譜值進(jìn)行 峰選，將波束頻率輸出譜值峰選得到的最大峰值作為行向量對應(yīng)角度的波束形成空間譜輸 出值；
[0015] 步驟五、將每個(gè)行向量的峰選值按角度從小到大順序排列輸出得到總的波束形成 空間譜輸出值P"ut(Θ)，根據(jù)P"ut(e)形成波束形成空間譜輸出曲線，將波束形成空間譜輸 出曲線的各個(gè)局部峰值位置對應(yīng)的方位判定為探測目標(biāo)的方位（ΘT1，ΘT2,…，ΘW)，TQ為 目標(biāo)個(gè)數(shù)；
[0016] 步驟六、利用步驟五中構(gòu)成的波束形成空間譜輸出曲線與一般加法寬帶波束形成 輸出的空間譜輸出曲線做對比；將波束形成空間譜輸出曲線的局部峰值明顯高于一般加法 寬帶波束形成空間譜輸出值的目標(biāo)初判為線譜目標(biāo)；
[0017] 預(yù)先設(shè)定口限D(zhuǎn)T1，如果波束形成空間譜輸出曲線的局部峰值與一般加法寬帶波 束形成空間譜輸出的峰值的差值大于預(yù)先設(shè)定口限D(zhuǎn)T1，則初判該局部峰值所在方位的目 標(biāo)為線譜目標(biāo)，該方位為線譜目標(biāo)方位；
[0018] 步驟屯、取出初判線譜目標(biāo)方位的波束輸出頻譜曲線，觀察初判線譜目標(biāo)方位的 波束輸出頻譜曲線中是否存在線譜；
[0019] 步驟屯一、預(yù)先設(shè)定線譜口限D(zhuǎn)T2,若初判線譜目標(biāo)方位的波束輸出頻譜曲線中的 線譜譜級減去初判線譜目標(biāo)方位對應(yīng)頻率的連續(xù)譜背景譜級得到的值大于線譜口限D(zhuǎn)T2， 則認(rèn)為初判線譜目標(biāo)的目標(biāo)頻譜中確實(shí)存在過口限線譜，初判線譜目標(biāo)方位的目標(biāo)為線譜 目標(biāo)；
[0020] 步驟屯二、通過波束頻率輸出譜值峰選的方法得到線譜目標(biāo)的線譜頻率；通過波 束頻率輸出譜值峰選得到的最大峰值W及取得最大峰值位置所對應(yīng)的線譜頻率f。。
[0021] 本發(fā)明是為了解決陣列信號(hào)處理領(lǐng)域的常規(guī)波束形成（CB巧技術(shù)不具備針對線 譜目標(biāo)的檢測優(yōu)勢，CBF線譜檢測器需要四維顯示，不直觀和不利于觀察、【背景技術(shù)】部分引 用的文獻(xiàn)中提到的多種不需要四維顯示的方法又都需要統(tǒng)計(jì)的問題而提出的一種基于陣 列的弱線譜目標(biāo)被動(dòng)檢測方法。本發(fā)明的效果包括：
[0022] 1、本發(fā)明的基于陣列的寬帶波束形成線譜目標(biāo)被動(dòng)檢測方法，利用頻域?qū)拵Рㄊ?形成得到方位頻率輸出矩陣，取矩陣各個(gè)方位對應(yīng)的頻率譜值輸出結(jié)果，對每個(gè)方位頻譜 輸出結(jié)果進(jìn)行峰選，將峰選輸出作為該方位的空間譜輸出值，由此構(gòu)成空間譜輸出曲線，根 據(jù)曲線的峰值獲得多個(gè)目標(biāo)的方位，再將由本發(fā)明方法給出的空間譜輸出曲線與一般加法 寬帶波束形成輸出的空間譜輸出曲線做對比，新方法出現(xiàn)峰值明顯高于一般加法寬帶波束 形成輸出的空間譜值的目標(biāo)方位即可初判為線譜目標(biāo)所在方位。取出初判線譜目標(biāo)方位的 波束輸出頻譜曲線，觀察曲線中是否存在線譜，通過對波束輸出頻譜曲線峰選得到該方位 目標(biāo)的線譜頻率。方法卻具有良好的弱線譜目標(biāo)檢測能力，并具有良好的抗強(qiáng)寬帶相干干 擾的能力，能夠同時(shí)檢測多個(gè)弱線譜目標(biāo)，給出每個(gè)目標(biāo)的方位和頻率信息如圖3~9。
[0023] 2、針對傳統(tǒng)方法需要進(jìn)行時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)，且方位分辨率低，無法確定線譜目標(biāo)的 精確方位，測向精度低的問題；本發(fā)明給出的方法不需要進(jìn)行時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)，直接一次波束 形成就可W給出檢測結(jié)果，是一種不同于文獻(xiàn)1、2的線譜檢測方法，本發(fā)明和文獻(xiàn)1和2的 分辨率對比示意圖如圖13和圖14。
[0024] 3、文獻(xiàn)1、2中的方法雖然可用于對弱線譜目標(biāo)的檢測，但需要對波束輸出結(jié)果進(jìn) 行時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)，無法實(shí)時(shí)給出結(jié)果。且方位測量精度很低。本發(fā)明提出的線譜檢測方法， 即能夠通過一次波束形成輸出的結(jié)果實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對弱線譜目標(biāo)的檢測，同時(shí)又具有良好的目 標(biāo)方位測量能力。而且方法除了可W與CBF結(jié)合使用外，還可W與具有更高分辨能力的寬 帶波束形成技術(shù)相結(jié)合，如最小方差無崎變響應(yīng)波束形成器（MVDR)等，進(jìn)而獲得更優(yōu)的方 位分辨能力。本發(fā)明提出的方法與C