[发明专利]一种适用于部分均匀混响背景的参数化泄露目标检测方法

说明书

一种适用于部分均匀混响背景的参数化泄露目标检测方法，包括：在部分均匀混响背景下，对待检测回波数据建立混响和信号的多通道离散时间模型，利用二元假设检验描述泄露目标的检测问题；利用自回归AR模型对待检测回波数据和辅助数据进行参数化建模，在假设建模过程中的AR系数矩阵和协方差矩阵已知的情况下，基于两步GLRT设计准则，利用待检测回波数据设计检测器；利用辅助数据对参数化建模过程中未知的参数矩阵和协方差矩阵进行最大似然估计，并利用估计值代替检测器中的未知参数得到参数化泄露目标检测器，完成对待检测单元的自适应检测。本发明减小了近海声纳系统对辅助样本的约束，降低计算复杂度的同时使小训练样本下的检测性能获得提高。

技术领域

本发明涉及信号检测领域，尤其涉及一种适用于部分均匀混响背景的参数化泄露目标检测方法。

背景技术

主动声纳是探测水下隐身目标的有效手段，近年来一直受到人们的重视。混响是影响主动声纳目标检测性能的主要因素，尤其是在浅海环境下，当声纳平台具有一定运动速度时，这时混响具有空时耦合特性，即不同方位的混响将具有不同的多普勒频移。空时自适应检测STAD技术是解决该问题的一个有效途径，源于它能够实现隐式的平台运动补偿从而允许获得理论最优的混响抑制性能。

针对高斯混响背景下点目标的STAD问题，国内外学者基于最大似然比检验GLRT、两步GLRT、Wald、Rao等准则提出多种检测方法。这些STAD方法在设计中均基于理想的目标采样模型，即目标回波的出现位置与采样时刻所对应的位置相一致，不存在任何能量的泄漏。实际上，这是一个过于理想的假设，目标能量发生泄漏是声纳系统在应用中非常常见的一个物理现象，当一个点目标跨坐于straddle两个连续的距离单元时，能量泄漏的情况就会出现。意大利学者Orlando等针对部分均匀的高斯干扰背景，采用两步GLRT设计准则，提出泄漏自适相干估计器M-ACE；研究结果表明M-ACE可有效补偿泄漏损失，提高检测性能。部分均匀环境是实际中常遇到的一种环境，它是指待检测单元的混响分量与辅助数据混响具有相同的协方差矩阵结构、不同的能量比例因子。

实际的水下环境复杂多变，受界面起伏及水中微生物等因素的影响，浅海混响呈现显著的非均匀性。现有的基于部分均匀混响背景的泄漏目标采样检测方法，如：M-ACE；需要充足的均匀辅助数据，通常辅助数据量至少是空时处理维数的两倍。这不仅使得模型的运算量十分庞大，而且对辅助数据的长度要求过高，导致该方法在实际水下环境中不适用。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提出一种适用于部分均匀混响背景的参数化泄漏目标检测方法。包括以下步骤：在部分均匀混响背景下，对待检测回波数据建立混响和信号的多通道离散时间模型，并在此基础上，利用二元假设检验描述泄露目标的检测问题；在二元假设检验下，利用自回归AR模型对待检测回波数据和辅助数据进行参数化建模，在假设建模过程中的系数矩阵和协方差矩阵已知的情况下，基于两步GLRT设计准则，利用待检测回波数据设计检测器；利用辅助数据对参数化建模过程中未知的参数进行最大似然估计，并利用估计值代替检测器中的未知参数得到参数化泄露目标检测器，完成对待检测单元的自适应检测。

优选地；参数化建模步骤包括，对待检测回波数据及辅助数据进行AR拟合，通过阶递推算法算出每一阶对应的参数估计结果；利用阶数选择准则辨识出最佳建模阶数，并确定最佳建模阶数下的系数矩阵和协方差矩阵。

优选地；待检测回波数据设计检测器步骤具体为：分别在有目标和无目标下的概率密度函数，构建出最大似然检验准则，在此基础上利用待检测回波数据对未知的能量比例因子和目标幅值因子进行最大似然估计，通过将估计结果推导计算得到初步的判决式；利用辅助数据对系数矩阵和协方差矩阵进行估计，将估计结果代替判决式中的真实值得到最终的检测器判决表达式。

优选地；未知参数包括：AR参数矩阵、空域协方差矩阵、能量比例因子和目标幅值因子。