一种连续波主动声呐目标回波检测方法.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CN110398743A(43)申请公布日2019.11.01(21)申请号201910718902.1(22)申请日2019.08.05(71)申请人天津工业大学地址300000天津市西青区宾水西道399号(72)发明人刘大利李向阳赵旭琛渠皓然(74)专利代理机构天津滨海科纬知识产权代理有限公司12211代理人戴文仪(51)Int.Cl.G01S15/58(2006.01)G01S15/66(2006.01)G01S7/527(2006.01)G01S7/529(2006.01)G01S7/539(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种连续波主动声呐目标回波检测方法(57)摘要本发明公开一种连续波主动声呐目标回波检测方法，包括：(1)根据跳频-线性调频(FH-LFM)信号的函数表达式，得到每个子脉冲的基带波形表达式，作为匹配滤波处理时的滤波器系数；(2)给出水下运动目标回波的函数表达式；(3)对回波信号进行多通道正交解调，得到多个基带信号，每个基带信号进行匹配滤波处理时，需要对滤波器系数进行修正，目的是检测不同多普勒频偏的目标回波；(4)对多通道匹配滤波结果进行依次延时并非相干累加，提高处理增益。改变依次延时的通道顺序，可以输出多个非相干累加结果，提高目标数据更新率。本发明提供的目标回波检测方法，可以提高检测性能并缩短目标数据更新时间，为后期目标跟踪提供丰富信息。CN110398743ACN110398743A权利要求书1/3页1.一种连续波主动声呐目标回波检测方法，其特征在于，基于多通道正交解调和匹配滤波及非相干延时累加，包括以下步骤：(1)根据调频编码波形特点，推导出跳频-线性调频(FH-LFM)信号的函数表达式，并得到每个子脉冲的基带波形表达式，此基带波形表达式作为匹配滤波处理时的滤波器系数；(2)推导出水下运动目标回波的函数表达式；(3)对回波信号进行多通道正交解调，得到多个基带信号；多个基带信号进行多通道的匹配滤波处理；每个基带信号进行匹配滤波处理时，对滤波器系数进行修正；(4)对多通道匹配滤波结果进行依次延时并非相干累加，提高处理增益；改变依次延时的通道顺序，输出多个非相干累加结果，提高目标数据更新率。2.根据权利要求1所述的连续波主动声呐目标回波检测方法，其特征在于，步骤(1)所述的FH-LFM信号s(t)看成M个调频率为μ、长度为Tc、带宽为Bc的LFM脉冲串联组成，第i子脉冲si(t)表示为其中j为虚数单位，初始频率fi＝f0+ciBc，ci为跳频码；各个子脉冲的中心频率不同，但是具有相同的基带波形，基带波形表达式表示为：基带波形b(t)作为各个子脉冲匹配滤波处理时的滤波器系数。3.根据权利要求1所述的连续波主动声呐目标回波检测方法，其特征在于，步骤(2)所述的目标回波表示为：sr(t)＝Krs[η(t-τ)]+n(t)其中，Kr表示目标回波的幅度，与信号传播损失和目标反射强度有关；η为时间尺度因子，与目标运动引起的多普勒效应有关，η＝(c-v)/(c+v)，c为水中声速；τ表示回波信号的延时，τ＝2R/c；n(t)为噪声，R和v为运动目标的距离和径向速度；目标回波中，各个子脉冲的基带信号表示为：bri(t)＝Krb[η(t-τi)]+n′(t)其中τi表示第i个子脉冲的回波延时，τi＝τ+iTc，n′(t)为噪声；不考虑延时因素，子脉冲的回波基带信号统一表示为：br(t)＝Krb(ηt)+n′(t)。4.根据权利要求1所述的连续波主动声呐目标回波检测方法，其特征在于，步骤(3)所述的对回波信号进行多通道正交解调和多通道的匹配滤波处理的具体步骤如下：(301)水听器阵列接收的目标回波首先进行波束形成，得到接收信号sr(t)，对sr(t)进行正交解调得到基带信号；sr(t)中包含M个子脉冲，且子脉冲的中心频率各不相同，解调时分为M个通道处理，每个通道的中心频率为f0+ciBc+Bc/2，带宽为Bc；解调后得到M个基带信号2CN110398743A权利要求书2/3页bri(t)，基带信号的波形相同，延时依次相差ηTc；(302)对M个基带信号进行匹配滤波处理；由于目标运动，回波存在多普勒频偏，即未知的时间尺度因子，所以匹配滤波时对滤波器的系数进行修正；假设目标径向运动速度范围为-vm～vm，LFM子脉冲的多普勒容限值对应的目标速度为vd，对目标速度进行遍历搜索，间隔为Δv，Δv＜vd，目标速度搜索次数为N＝2ceil(vm/Δv)+1，其中ceil表示向上取整；根据当前搜索的目标速度vj(0≤j＜N)，由发射子脉冲的基带波形b(t)得到修正匹配滤波器的系数为b(ηjt)，其中ηj＝(c-vj)/(c+vj)；