[发明专利]基于计算水声信道参数的水下目标探测方法

说明书

本发明属于利用声波反射测定目标位置数据的技术领域，公开了基于计算水声信道参数的水下目标探测方法，包括以下步骤：（1）建立分布式声纳系统，设置发射装置和接收装置；（2）发射装置发射调频信号，收集装置收集信号，预处理采集的信号，去除噪声；（3）使用常规多基地声纳算法确定是否存在目标或计算水声信道调频信号参数，采用状态识别方法确定目标，如果信号能量减弱或分散到其他信道，即存在目标。本技术方案具备传统的多基地声纳的特点，即探测范围大、隐蔽性好、灵活配置、抗干扰能力强等，且能够实现水下“声音黑洞”类隐身目标的探测。

技术领域

本发明属于利用声波反射测定目标位置数据的技术领域，尤其涉及基于计算水声信道参数的水下目标探测方法。

背景技术

潜艇因为具有隐蔽性高、续航时间长、攻击力强等优点，既可以被用于灵活的战术目的，又是重要的战略威慑力量。因此，对潜探测预警技术也成为了各国研究的重点，其中水声探测是最早采用、技术最成熟的方法。但是，当今先进的潜艇普遍采用了声学隐身技术，如采用低噪声的发动机和传动装置、在艇身与设备之间加装弹性支架和吸音隔音体、在壳体外粘贴吸声材料等，这使得传统的收发合置主动声呐，以及纯被动型声呐的探测性能瓶颈愈发明显。主动声呐在发射声波照射目标的同时，也暴露了声呐站所在的位置，容易被潜艇发现进而实施有效规避或对声呐系统进行打击。纯被动型声呐对于具有消音设计的潜艇探测能力较差，虚警概率较高，难以期望其在反潜监测中有良好的表现。

双/多基地声呐采用收发双(多)置模式，由分开一定距离的单个(或多个)声源发射声波、单个(或多个)接收机接收目标的散射回波。与单基地声纳相比，具有探测范围大、隐蔽性好、灵活配置、抗干扰能力强等优点。国外对双/多基地声呐技术的研究大约从20世纪60年代开始，主要是起源和借鉴于双/多基地雷达技术。但是相对于电磁波，声波的传播速度较低，加之水介质起伏不均与水声信道复杂多变，多基地技术在声纳中的应用远不及其在雷达中的应用成功。多/双基地声纳的主要研究重点有多基地定位算法、多基地同步、直达波干扰抑制等。国内对双/多基地雷达的研究则开始于20世纪90年代，大都局限于理论研究，实验研究相对较少。

目前的主动和被动声纳、单基地和多基地声纳的原理都是基于接收目标自身发出的信号或散射的信号，但是如果目标自身发射的声音比较弱，且对入射声音信号的散射能力也较弱，即所谓的“声音黑洞”目标，这些方法难以实现有效的探测。因此，提供一种新型的多基地声纳技术方案，不通过接收目标的散射波实现探测，而是通过连续地水声信道参数计算来监测水下目标对声场环境的扰动，利用深度学习方法进行异常的识别，发现隐身目标，进而得到目标的位置数据及速度信息是很有必要的。

发明内容

针对现有技术的水声探测方法无法实现对“声音黑洞”类目标实现有效探测的问题，提出基于计算水声信道参数的水下目标探测方法，根据水声信道环境的异常变化来判断目标的存在，位置及速度。建分布式的声纳系统，该系统包括一个主动声源和若干个分布放置的水听器。声源重复性地发射线性调频信号，信号经过多尺度-多时延水声信道的调制后，被水听器接收。对接收信号进行处理，从复合多径信号中辨识并分离出每个独立的、有着不同尺度因子和时延的信号，提取信道参数。目标的存在(即使是隐身目标，即自身发射的声音和散射的声音都非常微弱)必然会导致信道环境的扰动，采用模式识别方法，区分目标所导致的信道异常以及信道自身的时变性，从而实现对目标的探测。

基于计算水声信道参数的水下目标探测方法，包括以下步骤：

(1)建立分布式声纳系统：包括一个主动声源和若干个分布放置的水听器，声源和水听器之间可以看作多尺度-多时延(Multi-Scale Multi-Lag,MSML)的水声信道。声源周期性地发射线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号，各个水听器连续地侦听环境信息、采集接收信号，以进行后续的信号处理。