一种子带峰值能量检测旁瓣假目标剔除方法与流程 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术：1.本发明属于水声阵列信号处理领域，具体涉及一种子带峰值能量检测旁瓣假目标剔除方法。背景技术：2.常规的被动宽带检测一般通过多通道能量累积获得全方位宽带检测结果。这种通过全局能量进行检测的方法，会过多的引入噪声的能量，降低算法的检测和高分辨能力。子带峰值能量检测针对每个子频段的方位谱取其局部峰值，然后对同一波束不同子频段上的峰值进行累加，可大幅降低噪声能量的影响。当子带峰值能量检测与自适应方法联合使用时，理论上可进一步提高检测和高分辨性能。3.但是，子带峰值检测方法在提高目标方位分辨力的同时，增加了宽带检测的虚警，特别是当阵元输入信噪比较低或波束旁瓣较高时，产生大量虚警目标严重影响检测性能，制约了子带峰值检测方法的工程应用。技术实现要素：4.本发明所要解决的技术问题是，提供一种子带峰值能量检测旁瓣假目标剔除方法，通过引入一种基于子带峰值能量检测的旁瓣假目标剔除方法来抑制虚假目标，克服了传统后置子带处理的高虚警，与自适应处理结合使用，不降低检测性能条件下，高分辨性能提升不少于30％，具有工程应用价值。5.本发明的技术解决方案是，提供一种子带峰值能量检测旁瓣假目标剔除方法,该方法主要应用于宽带波束形成，首先从声纳平台累积的试验数据中筛选目标轨迹清晰的多组基阵数据，对多基阵数据做子带警戒波束积分处理，子带峰值能量sped和子带峰值个数sped cs处理；其次，对子带峰值个数谱做“膨胀腐蚀”处理，该“膨胀腐蚀处理”包括膨胀、腐蚀两个处理动作，“膨胀腐蚀”结果用于子带峰值能量sped和子带峰值个数sped cs修正处理；再次，对修正后子带峰值能量sped做主旁瓣波束筛选，筛选出主旁瓣波束方位后，计算修正后子带峰值能量谱sped和子带峰值个数谱sped cs的主旁瓣幅值比。对主旁瓣幅值比做量化和统计处理，获得主旁瓣幅值比概率分布函数；再次，分析统计结果主旁瓣幅值比概率分布函数，给出旁瓣假目标子带峰值能量主旁瓣幅值比、子带峰值个数主旁瓣幅值比门限、主旁瓣角度间隔门限；最后，确认子带峰值能量主旁瓣幅值比门限、子带峰值个数主旁瓣幅值比门限和主旁瓣角度间隔门限，利用多门限判决，剔除旁瓣假目标。6.本发明包括子带峰值能量sped和子带峰值个数sped cs处理、sped cs“膨胀腐蚀”及sped和sped cs修正、主旁瓣波束筛选及主旁瓣幅值比概率分布函数计算、旁瓣假目标门限计算、疑似旁瓣假目标剔除。7.1、子带峰值能量sped和子带峰值个数sped cs处理：8.101：子带警戒波束积分处理；从声纳平台累积的试验数据中筛选目标轨迹清晰的多组基阵数据，对多基阵数据做子带警戒波束积分处理，获得当前节拍各频点警戒波束数据pn'(fk,θi)(n为时序，fk为工作频带内第k个频点，θi为第i个波束方位，n＝0，…，n-1，k＝0，…，k-1，i＝0，…，i-1，一般建议n不小于20000，k不小于50，θi不大于-3db波束宽度的0.2倍)；9.102：子带峰值能量sped处理；对各频点做子带峰值能量检测，只保留极大值一个峰值点，峰值点以外的值都设置为0，峰值检测后可得子带能量谱pn(fk,θi)，即：[0010][0011]对同一波束上的pn(fk,θi)进行累加合成，得到子带峰值能量谱pon(θi)：[0012][0013]103：子带峰值个数sped cs处理；对各频点做子带峰值检测，极大值点置为1，其余置为0，峰值检测后可得子带峰值检测结果ptn(fk,θi)，即：[0014][0015]对同一波束上的ptn(fk,θi)进行累加合成，得到子带峰值个数谱pcon(θi)：[0016][0017]2、sped cs“膨胀腐蚀”及sped和sped cs修正：[0018]201：sped cs“膨胀”处理；对子带峰值个数谱pcon(θi)做“膨胀处理”，处理窗长|θm-1-θ0|建议取中心频率-3db波束宽度(θ-3db)的0.5倍,得到“膨胀”结果pzcon(θi)：[0019][0020]202：“腐蚀”处理；对膨胀结果数据pzcon(θi)做腐蚀处理，得到“腐蚀”结果cn(θi)：[0021][0022]从而消除因目标方位扰动造成的子带峰值个数曲线“峰值分岔”，获得光滑连续的子带峰值个数曲线。[0023]203：sped和sped cs修正；对sped cs“膨胀腐蚀”结果cn(θi)做bool判决，获得sped cs门wn(θi)：[0024][0025]并在wn(θi)约束条件下，修正子带峰值能量谱pon(θi)：在wn(θi)为1的范围寻找pon(θi)的极大值点，当出现多个极大值时，保留最大极大值对应方位左右5个波束的能量，其余波束能量置0，得到修正后峰值能量谱po'n(θi)，从而消除子带峰值能量中的“峰值分岔”现象。同理，利用sped cs门wn(θi)获得修正后峰值个数pco'n(θi)。[0026]3、主旁瓣波束筛选及主旁瓣幅值比概率分布函数计算：[0027]301：主瓣和疑似旁瓣波束筛选；对子带峰值能量po'n(θi)做极大值搜索，降序排序筛选出极大值前5且能量值大于20，同时在邻近波束中能量最大的的目标波束作为目标主瓣，其5θ-3db角度范围内左右前2个靠近主瓣的波束作为疑似旁瓣，主瓣子带峰值能量为po'n(θj,0)，疑似旁瓣子带峰值能量为po'n(θj,q)(j＝0,1,…,4；|q|≤2)，θj,0为主瓣方位，θj,q(q＜0)为疑似左旁瓣方位，θj,q(q＞0)为疑似右旁瓣方位。记n＝0，…，n-1时po'n(θi)的疑似旁瓣与主瓣的幅值比prn(θj,q)：[0028]prn(θj,q)＝po'n(θj,q)/po'n(θj,0)(j＝0,1,…,4；q≠0；prn(θj,q)≤1)[0029]pco'n(θi)的疑似旁瓣与主瓣的幅值比pcrn(θj,q)：[0030]pcrn(θj,q)＝pco'n(θj,q)/pco'n(θj,0)(j＝0,1,…,4；q≠0；pcrn(θj,q)≤1)[0031]302：主旁瓣幅值比概率分布函数计算；分别对筛选出的不大于20n组主旁瓣幅值比prn(θj,q)和pcrn(θj,q)组成的集合均匀量化，量化最小单元0.01，量化后主旁瓣幅值比概率分布函数估计分别为：[0032][0033]主旁瓣幅值比概率分布函数曲线随a→100，呈陡峭上升，继而平坦，最后趋近于1。[0034]4、旁瓣假目标门限计算：[0035]401：旁瓣假目标子带峰值能量主旁瓣幅值比和子带峰值个数主旁瓣幅值比门限计算；从曲线和曲线平坦区选取合适的门限γpr和γpcr，建议从曲线陡峭上升刚过渡到平坦区的区间选取门限，门限过大将弱化子带峰值能量检测的检测性能，过小将弱化子带峰值能量检测的降虚警效果；[0036]402：主旁瓣角度间隔门限计算；结合基阵阵形和工作频率给出主旁瓣角度间隔范围门限[θl,θr]，一般建议θl≥θ-3db,θr≤4θ-3db。[0037]5、疑似旁瓣假目标剔除：[0038]501：判决门限迁移；确认子带峰值能量主旁瓣幅值比门限γpr、子带峰值个数主旁瓣幅值比门限γpcr和主旁瓣角度间隔门限[θl,θr]后，将门限值γpr、γpcr、[θl,θr]用于同一基阵其他试验数据的子带峰值检测门限判决。[0039]502：对同一基阵其他试验数据做疑似旁瓣假目标剔除；试验数据分别完成子带警戒波束积分，子带峰值能量sped处理，子带峰值个数sped cs处理，sped cs“膨胀腐蚀”及sped和sped cs修正，方法同步骤1、2，并对修正处理子带峰值能量po'n(θi)做极大值搜索，当波峰与相邻波峰满足角度间隔门限[θl,θr]，且子带峰值能量主旁瓣幅值比prn(θj,q)≤γpr，子带峰值个数主旁瓣幅值比pcrn(θj,q)≤γpcr时，置疑似旁瓣方位θj,q对应波峰为0，实现旁瓣假目标剔除。[0040]与现有技术相比，本发明具有以下优点：[0041]本发明提出了一种提高波束形成后置子带处理检测性能的方法，充分利用子带处理中目标和旁瓣的“空间一致性”差异，在子带峰值检测基础上，通过图像“膨胀腐蚀”，消除目标方位扰动造成的子带峰值“分岔”，并从分布函数入手给出主旁瓣幅值比门限，结合多门限判决实现旁瓣假目标剔除，克服了传统后置子带处理的高虚警，与自适应处理结合使用，不降低检测性能条件下，高分辨性能提升不少于30％，具有工程应用价值。附图说明：[0042]图1为本发明的算法原理；[0043]图2为子带峰值能量和子带峰值个数主旁瓣幅值比概率分布函数；[0044]图3为单节拍子带峰值能量谱pon(θi)处理结果；[0045]图4为单节拍子带峰值个数谱pcon(θi)处理结果；[0046]图5为子带处理旁瓣假目标剔除前后性能对比。具体实施方式：[0047]下面结合附图就具体实施方式对本发明作进一步说明：[0048]一种子带峰值能量检测旁瓣假目标剔除方法,如图1、2所示，该方法包括以下步骤，[0049]步骤1，从声纳平台累积的试验数据中筛选目标轨迹清晰的多组基阵数据，对多基阵数据做子带警戒波束积分处理，子带峰值能量sped和子带峰值个数sped cs处理；[0050]步骤2，对子带峰值个数谱做“膨胀腐蚀”处理，“膨胀腐蚀”结果用于子带峰值能量sped和子带峰值个数sped cs修正处理；[0051]步骤3，对修正后子带峰值能量sped做主旁瓣波束筛选，筛选出主旁瓣波束方位后，计算修正后子带峰值能量谱sped和子带峰值个数谱sped cs的主旁瓣幅值比。对主旁瓣幅值比做量化和统计处理，获得主旁瓣幅值比概率分布函数；[0052]步骤4，分析统计结果主旁瓣幅值比概率分布函数，给出旁瓣假目标子带峰值能量主旁瓣幅值比、子带峰值个数主旁瓣幅值比门限、主旁瓣角度间隔门限；[0053]步骤5，确认子带峰值能量主旁瓣幅值比门限、子带峰值个数主旁瓣幅值比门限和主旁瓣角度间隔门限，利用多门限判决，剔除旁瓣假目标。[0054]实施方式步骤1中，以圆环阵为例，假定警戒波束处理频段为2.4khz～6.4khz，采样率40khz，波束形成单节拍1024点(1024点fft)，k＝103，全向720个波束均匀覆盖0～360°，波束间隔0.5°，i＝720，截取目标轨迹清晰的基阵数据15min，n＝35156。筛选获得基阵数据后的具体操作如下：[0055]步骤101：子带警戒波束积分处理[0056]对截取的15min基阵数据做子带警戒波束积分处理，获得当前节拍各频点警戒波束数据pn'(fk,θi)(n为时序，fk为工作频带内第k个频点，θi为第i个波束方位，δθi＝0.5°，n＝0，…，35155，k＝0，…，102，i＝0，…，719)；[0057]步骤102：子带峰值能量sped处理[0058]对各频点做子带峰值能量检测，只保留极大值一个峰值点，峰值点以外的值都设置为0，峰值检测后可得子带能量谱pn(fk,θi)，即：[0059][0060]对同一波束上的pn(fk,θi)进行累加合成，得到子带峰值能量谱pon(θi)：[0061][0062]单节拍子带峰值能量谱pon(θi)处理结果如图3所示。[0063]步骤103：子带峰值个数sped cs处理[0064]对各频点做子带峰值检测，极大值点置为1，其余置为0，峰值检测后可得子带峰值检测结果ptn(fk,θi)，即：[0065][0066]对同一波束上的ptn(fk,θi)进行累加合成，得到子带峰值个数谱pcon(θi)：[0067][0068]单节拍子带峰值个数谱pcon(θi)处理结果如图4所示。[0069]步骤2的具体操作如下：[0070]步骤201：sped cs“膨胀”处理[0071]对子带峰值个数谱pcon(θi)做“膨胀处理”，处理窗长|θm-1-θ0|建议取中心频率-3db波束宽度(θ-3db)的0.5倍,得到“膨胀”结果pzcon(θi)：[0072][0073]步骤202：“腐蚀”处理[0074]对膨胀结果数据pzcon(θi)做腐蚀处理，得到“腐蚀”结果cn(θi)：[0075][0076]从而消除因目标方位扰动造成的子带峰值个数曲线“峰值分岔”，获得光滑连续的子带峰值个数曲线。[0077]步骤203：sped和sped cs修正[0078]对sped cs“膨胀腐蚀”结果cn(θi)做bool判决，获得sped cs门wn(θi)：[0079][0080]并在wn(θi)约束条件下，修正子带峰值能量谱pon(θi)：在wn(θi)为1的范围寻找pon(θi)的极大值点，当出现多个极大值时，保留最大极大值对应方位左右5个波束的能量，其余波束能量置0，得到修正后峰值能量谱po'n(θi)，从而消除子带峰值能量中的“峰值分岔”现象。同理，利用sped cs门wn(θi)获得修正后峰值个数谱pco'n(θi)。[0081]实施方式步骤3的具体操作如下：[0082]步骤301：主瓣和疑似旁瓣波束筛选[0083]对子带峰值能量po'n(θi)做极大值搜索，降序排序筛选出极大值前5且能量值大于20，同时在邻近波束中能量最大的的目标波束作为目标主瓣，其5θ-3db角度范围内左右前2个靠近主瓣的波束作为疑似旁瓣，主瓣子带峰值能量为po'n(θj,0)，疑似旁瓣子带峰值能量为po'n(θj,q)(j＝0,1,…,4；|q|≤2)，θj,0为主瓣方位，θj,q(q＜0)为疑似左旁瓣方位，θj,q(q＞0)为疑似右旁瓣方位。记n＝0，…，n-1时po'n(θi)的疑似旁瓣与主瓣的幅值比prn(θj,q)：[0084]prn(θj,q)＝po'n(θj,q)/po'n(θj,0)(j＝0,1,…,4；q≠0；prn(θj,q)≤1)[0085]pco'n(θi)的疑似旁瓣与主瓣的幅值比pcrn(θj,q)：[0086]pcrn(θj,q)＝pco'n(θj,q)/pco'n(θj,0)(j＝0,1,…,4；q≠0；pcrn(θj,q)≤1)[0087]步骤302：主旁瓣幅值比概率分布函数计算[0088]分别对筛选出的不大于20n组主旁瓣幅值比prn(θj,q)和pcrn(θj,q)组成的集合均匀量化，量化最小单元0.01，量化后主旁瓣幅值比概率分布函数估计分别为：[0089][0090]实际海试数据处理获得的主旁瓣幅值比概率分布函数估计结果如图5所示，0.01*a≤0.8时曲线陡峭上升，0.8＜0.01*a≤1时较平坦，0.01*a≤0.9时曲线陡峭上升，0.9＜0.01*a≤1时较平坦。[0091]实施方式步骤4的具体操作如下：[0092]步骤401：旁瓣假目标子带峰值能量主旁瓣幅值比和子带峰值个数主旁瓣幅值比门限计算[0093]从曲线和曲线平坦区选取门限值，这里门限取γpr＝0.8，门限取γpcr＝0.9；[0094]步骤402：主旁瓣角度间隔门限计算[0095]结合基阵阵形和工作频率给出主旁瓣角度间隔范围门限[θl,θr](θl＝3.5°，θr＝14°)。[0096]实施方式步骤5的具体步骤如下：[0097]步骤501：判决门限迁移[0098]确认子带峰值能量主旁瓣幅值比门限γpr、子带峰值个数主旁瓣幅值比门限γpcr和主旁瓣角度间隔门限[θl,θr]后，将门限值γpr、γpcr、[θl,θr]用于同一基阵其他试验数据的子带峰值检测门限判决。[0099]步骤502：对同一基阵其他试验数据做疑似旁瓣假目标剔除[0100]选取一段试验数据，如图5所示，完成子带警戒波束积分，子带峰值能量sped处理，子带峰值个数sped cs处理，sped cs“膨胀腐蚀”及sped和sped cs修正，方法同步骤1、2，并对修正处理子带峰值能量po'n(θi)做极大值搜索，当波峰与相邻波峰满足角度间隔门限[θl,θr]，且子带峰值能量主旁瓣幅值比prn(θj,q)≤γpr，子带峰值个数主旁瓣幅值比pcrn(θj,q)≤γpcr时，置疑似旁瓣方位θj,q对应波峰为0，实现旁瓣假目标剔除。旁瓣假目标剔除前后检测性能对比如图5所示。[0101]本发明公开了一种提高波束形成后置子带处理检测性能的方法，涉及水声阵列信号处理领域，充分利用子带处理中目标和旁瓣的“空间一致性”差异，在子带峰值检测基础上，通过图像“膨胀腐蚀”，消除目标方位扰动造成的子带峰值“分岔”，并从分布函数入手给出主旁瓣幅值比门限，结合多门限判决实现旁瓣假目标剔除，克服了传统后置子带处理的高虚警，与自适应处理结合使用，不降低检测性能条件下，高分辨性能提升不少于30％，具有较高工程应用价值。[0102]以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本发明说明书所做的等效流程变换，均包括在本发明的专利保护范围之内。









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