[发明专利]水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法

说明书

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。

技术领域

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

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水下进行远距离传输的手段，成为水下探测、通信的主要手段。对于安静型小目标，多数情况下只能采用主动声呐进行探测。同时，由于目标体积较小，使得以线性声学理论为基础的几何回波难以将目标回波与环境中其他障碍物的回波进行区分。而弹性声散射回波由于其携带了目标的材料、状态等信息，可以用于区分人工目标与非人工目标，在学术领域引起了一定的重视。

水下的主动声呐目标声散射回波通常包含几何与弹性回波两种回波分量，其产生机理存在较大差异，因而处理方法不同。几何回波产生过程简单，遵从线性声学规律，所以针对几何回波的信号处理方法比较成熟；而弹性回波产生机理复杂，不是所有入射角度下都稳定存在，并且一般情况下能量弱于几何回波，所以弹性回波的提取、分析存在较大困难。

传统的信号处理方法如时频分析、小波变换受由于分辨率的限制，难以获得较为纯净的单分量的声散射回波信号；匹配滤波对于几何回波能够得到很好的处理效果，但是对于弹性回波的处理存在困难。这是因为，匹配滤波需要已知大量的先验信息，而目前对于弹性回波的研究尚难以提供足够的先验信息满足匹配滤波的需要。

盲分离方法能够在先验信息未知的情况下获得对源信号的估计，但是该方法通常要求源信号彼此独立。在实验数据处理过程中发现，盲分离算法往往只能分别对几何回波与弹性回波进行加强，不能做到彻底分离的目的，这是因为实际情况中信号的独立性难以满足。夏峙，李秀坤提出将线性调频信号变换为单频信号并进行窄带滤波的方法，能够提取较为纯净的几何与弹性回波分量，但作者给出的窄带滤波器参数设计方法需要人为地进行指定，这就限制了算法的自动化应用。[水下目标弹性声散射信号分离，物理学报，2015，64(9)：348-355]。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要先验信息即可提取得到纯净单分量回波信号，能自动化提取水下主动声呐目标单分量声散射回波信号的水下小目标单分量声散射回波的变换域提取方法。

本发明的目的是这样实现的：

(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。

本发明还可以包括：