水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107864020A(43)申请公布日2018.03.30(21)申请号201711085121.0(22)申请日2017.11.07(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人李秀坤王集徐天杨(51)Int.Cl.H04B11/00(2006.01)H04B13/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图8页(54)发明名称水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法(57)摘要本发明提供的是一种水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法。利用变换域盲分离分别加强不同类别的声散射回波分量；然后设计了声散射回波筛选方案，解决了盲分离算法输出顺序随机的问题；之后设计了变换域特征提取方法，完成了不同类别回波的特征参数的确定，最终获得纯净的单分量回波信号。相比于传统方法，本发明能够获取更高质量的单分量回波信号，并且可以自动化地执行，具有较高的实用价值。本发明可以应用于水下目标的探测与识别、声散射理论研究等领域。CN107864020ACN107864020A权利要求书1/2页1.一种水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法，其特征是：(1)变换域盲分离：将主动声呐回波信号变换到变换域；(2)几何回波筛选：任意选取某个接收通道的声散射回波，并变换到变换域，将此信号在变换域中的形式作为模板，从盲分离的输出信号中筛选出几何回波被加强的通道；(3)变换域特征提取：进行特征提取过程，所得特征参数用于声散射回波的分类与提取过程；(4)弹性回波筛选：利用几何回波在频域的特征参数，设计陷波器，对盲分离输出通道进行滤波，去除其中的几何成分，然后筛选出弹性回波被加强的通道，并对此通道信号进行步骤(3)描述的特征提取过程，获取弹性回波在变换域中的特征参数；(5)根据步骤(2)～步骤(4)获得的特征参数，设计窄带滤波器，对回波信号在变换域中进行窄带滤波，获得回波分量在变换域中的形式；(6)对滤波输出进行反变换，得到纯净的声散射回波分量。2.根据权利要求1所述的水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法，其特征是：步骤(1)中所述将主动声呐回波信号变换到变换域，是将主动声呐回波信号利用公式变换到变换域，其中，k表示主动声呐发射的线性调频信号的调频斜率；f0表示线性调频信号的起始频率；为几何回波，m表示相对于信号参考时间零点，几何回波存在m个采样点的延迟、m＞0，或存在m个采样点的提前、m＜0；a(n-m)表示信号的复包络；为修正因子。3.根据权利要求2所述的水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法，其特征是：步骤(2)中所述从盲分离的输出信号中筛选出几何回波被加强的通道，是利用公式从盲分离的输出信号中筛选出几何回波被加强的通道，其中，r(n)表示选定的信号模板；yi(n)表示盲分离算法的第i个输出通道，i＝1,2,...,N；N为盲分离算法输出通道数目；表示对向量yi(n)的转置；E(·)表示求期望。4.根据权利要求3所述的水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法，其特征是：步骤(4)中所述然后筛选出弹性回波被加强的通道，是利用公式筛选出弹性回波被加强的通道，其中，||·||2为向量的2-范数；i＝1,2,...,N，N为盲分离算法输出通道数目；yi(n)表示盲分离的第i个输出信号。5.根据权利要求1-4任何一项所述的水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法，其特征是变换域特征提取的方法为：第一步：二值化；将筛选得到的回波进行傅立叶变换，并获取幅度谱，寻找幅度谱的最大值，将此最大值乘以0～1之间的数值，作为门限对幅度谱进行二值化，小于门限记为0，大于门限记为1，将此二值化结果记为掩码；第二步：区域合并；将二值化序列中连续为1或者连续为0的一段区间称为区域，寻找每2CN107864020A权利要求书2/2页个区域的局部峰值，在局部区域中重复第一步的过程，得到关于该局部区域的子掩码，然后对所有的子掩码进行或运算，得到新的掩码；第三步：确定中心频率及频带；用第二步得到的掩码与幅度谱相乘以去除弹性回波成分，保留几何成分，然后依次在每个区域内部寻找信号的通频带，定义中心频率带宽比为信号中心频率与带宽之比，则中心频率带宽比作为区别几何回波与弹性回波的重要特征。3CN107864020A说明书1/7页水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法技术领域[0001]本发明涉及的是一种水声信号处理方法，具体地说是一种针对水下小目标声散射问题，提取主动声呐目标的单分量声散射回波信号的方法。背景技术[0002]海洋环境的特殊性使得传统以电磁波为载体的通信、探测方法在水下无法实现，而声波作为目前已知的唯一能在