基于海雜波特性的主動(dòng)聲吶檢測前跟蹤技術(shù)研究.pdf

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1、2015年第1期聲學(xué)與電子工程總第117期基于海雜波特性的主動(dòng)聲吶檢測前跟蹤技術(shù)研究王南孫旭(1．海軍駐杭州I地區(qū)軍事代表室，杭州，310023；2．第七一五研究所，杭州，310023)摘要根據(jù)目標(biāo)與虛警在時(shí)域、空域和回波能量上所表現(xiàn)出的不同特性，提出了基于海雜波特性的主動(dòng)聲吶檢測前跟蹤算法，以建立運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的起始航跡。利用空域鄰域聚類的亮點(diǎn)預(yù)處理和基于LRDT的目標(biāo)檢測與航跡提取的兩步處理，較大程度的抑制虛警、提高檢測概率并生成初始目標(biāo)航跡。關(guān)鍵詞空域鄰域聚類；時(shí)域連續(xù)性；檢測前跟蹤；航跡起始主動(dòng)聲吶與目標(biāo)之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，目標(biāo)回波1主動(dòng)聲吶目標(biāo)與虛警

2、的差異性能量較弱，且淹沒在各種雜波背景和強(qiáng)噪音中，使1．1空域鄰域聚類得操作人員難以判定疑似目標(biāo)。同時(shí)，就水聲目標(biāo)在復(fù)雜海洋環(huán)境下，主動(dòng)聲吶接收的目標(biāo)信號往檢測與跟蹤的整個(gè)過程而言，需要在維持跟蹤之往淹沒在噪聲或混響中。先驗(yàn)位置信息未知的目標(biāo)因前，提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的各種有效信息生成目標(biāo)初始航眾多回波亮點(diǎn)的干擾而確認(rèn)困難。本文根據(jù)物理成跡llJ。在傳統(tǒng)航跡起始的處理上，通常有兩種方法。因的不同，將主動(dòng)聲吶接收到的信號分為兩類：一?一種是人工判定疑似目標(biāo)并引導(dǎo)聲吶設(shè)備實(shí)施跟類是來自目標(biāo)或類目標(biāo)的反射回波信號，另一類是蹤；另一種是M／N邏輯法，即在連續(xù)的Ⅳ次掃描

3、噪音信號。其中，反射回波與發(fā)射信號的相關(guān)性較中，如果疑似目標(biāo)出現(xiàn)M次以上，則認(rèn)為是目標(biāo)航高，經(jīng)匹配濾波處理后，亮點(diǎn)鄰域的能量集中程度跡，否則認(rèn)為是虛警l2】。前?種方法增加了操作人大幅提高，而噪音與發(fā)射信號卻是不相關(guān)的，匹配員的工作負(fù)擔(dān)；后一種方法未能直接反映出目標(biāo)初濾波后亮點(diǎn)鄰域的能量集中程度仍保持不變。始航跡與信噪比之間的關(guān)系，對不同性噪比的目標(biāo)為了直觀說明和驗(yàn)證本文理論和算法的有效需要固定的Ⅳ幀數(shù)才能確定目標(biāo)／虛警航跡，導(dǎo)致性，選取了某課題采集的實(shí)際主動(dòng)聲吶的海試數(shù)據(jù)信噪比高的目標(biāo)起始速度過慢、而信噪比低的目標(biāo)進(jìn)行分析和處理。試驗(yàn)中，協(xié)作目標(biāo)繞本

4、船作弧線航跡質(zhì)量較差。針對上述兩種方法的不足，2004年，運(yùn)動(dòng)、距離為5km左右、弱負(fù)梯度水文，常規(guī)信號LawrenceDStone給出了似然比檢測與跟蹤處理后，目標(biāo)的信噪比在15dB附近波動(dòng)，偶爾會(huì)(LRDT)方法_jJ，該方法將目標(biāo)的檢測與跟蹤處理出現(xiàn)低于檢測域(8dB)的情況。圖1中的左上角綜合為一個(gè)過程，使得目標(biāo)的檢測以及航跡提取過顯示的是連續(xù)四幀的亮點(diǎn)位置，參試人員記錄的目程可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。LRDT是檢測前跟蹤(TBD)的標(biāo)、類目標(biāo)干擾、噪音亮點(diǎn)的位置標(biāo)記如圖1(a)最初實(shí)現(xiàn)技術(shù)，該技術(shù)已成功用于美國海軍水下監(jiān)所示。將標(biāo)記亮點(diǎn)所在波束的局部數(shù)據(jù)

5、放大，如圖1視系統(tǒng)SpotlightATD。當(dāng)前，TBD技術(shù)的研究主要(b)、(c)、(d)所示，目標(biāo)與噪聲的差異顯著。由沿著動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測前跟蹤(DP．TBD)和粒子濾波此，本文提出了一種利用目標(biāo)與噪音在匹配濾波后檢測前跟蹤(PFTBD)兩個(gè)方向進(jìn)行發(fā)展。2007的波形差異來實(shí)現(xiàn)抑制雜波的方法，即基于空域鄰年，Buzzi提出DP．TBD多目標(biāo)跟蹤算法，解決了域聚類的亮點(diǎn)預(yù)處理技術(shù)。DP—TBD算法進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤時(shí)出現(xiàn)的維數(shù)災(zāi)難和多幀測量的亮點(diǎn)位置計(jì)算量爆炸等問題。PF—TBD算法最早由Salmond、·第一幀☆☆+鼻+第二幀Boers在2001年提出I

6、4J，2012年Kreucer將其應(yīng)用普曩電q第三幀一口第四幀于雷達(dá)聲吶探測領(lǐng)域。●本文提出了種基于海雜波特性的主動(dòng)聲吶、_謄謄{-軸j檢測前跟蹤技術(shù)，通過空域鄰域聚類的亮點(diǎn)預(yù)處理，如■．冉髫jq和基于LRDT的目標(biāo)檢測與航跡提取的兩步處理，●●：+．●●較大程度降低了主動(dòng)聲吶的檢測虛警率，同時(shí)生成}●☆★☆■☆★q+多H標(biāo)的初始航跡，實(shí)現(xiàn)了跟蹤的智能化。●☆·q童避●鼻。。(a)30王南等：基于海雜波特性的主動(dòng)聲吶檢測前跟蹤技術(shù)研究取技術(shù)。搜索終止條件由下式確定，即當(dāng)搜索到一個(gè)點(diǎn)本文這里直接給出了雜波能量(SNR，dB)的的幅值小于聚類峰值。的一半時(shí)

7、終止搜索。概率密度函數(shù)：4<(3)(z)=)1e120o-，zl0··n0而1．為了不使信號周期導(dǎo)致幅值波動(dòng)對算法噪聲√2兀．10lu影響，考慮采用一個(gè)長度為的窗進(jìn)行滑窗平滑，(1)的數(shù)值由下式確定。以及日標(biāo)回波能量(SNR，dB)的概率密度函數(shù)M=肛(／fo)(4)1一(而+)(而式中，非為采樣頻率，一)．．為信號中心頻率。2．1．2顯著性噪聲識別與抑制)高71：O-．[e]．((22))在復(fù)雜的海洋環(huán)境中引起主動(dòng)聲吶目標(biāo)檢測10。?lnlO1．的高虛警問題的原因是多樣的，總的來說，可以將2,,／10。10這些虛警歸為兩類：噪聲和類目標(biāo)干擾。由于兩類

8、虛警產(chǎn)生機(jī)理的不同，它們各自的聚簇在形狀上存2算法設(shè)計(jì)在著較大差異。直觀看來，噪聲數(shù)據(jù)簇變化比