[发明专利]一种基于交叉阵列的目标三维信息测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于交叉阵列的目标三维信息测量方法，该方法基于一个交叉阵列实现，所述交叉阵列包括：接收基阵和发射基阵，所述接收基阵包括水平接收基阵和垂直接收基阵，两者共用一个发射基阵；所述方法包含：

对接收基阵的阵元域回波数据分别进行动态聚焦波束形成，形成水平-距离二维声图和垂直-距离二维声图；

采用信号幅度和目标模型对水平-距离二维声图进行联合检测，得到目标水平向信息；

在垂直-距离二维声图中融合目标水平向信息，采用能量中心和动态门限联合检测，估计出多个疑似目标点的垂直向信息；对多个疑似目标点采用动态门限检测，剔除非疑似点，获得目标点；

结合交叉阵列的俯仰角和结构，估计出海底海面分布，进而估计出目标的深度；

将目标的深度结合目标水平向信息，得到目标三维信息；

所述对接收基阵的阵元域回波数据分别进行动态聚焦波束形成，形成水平-距离二维声图和垂直-距离二维声图；具体为：

所述水平接收基阵阵元个数为M_h，线性均匀阵列，相邻阵元间距为d_h，所述垂直接收基阵的阵元个数为M_v，线性均匀阵列，相邻阵元间距为d_v，接收到的回波信号分别为x_h(t)和x_v(t)，进行动态聚焦接收预成多波束形成：

其中，和分别为水平接收基阵和垂直接收基阵的加权矢量，θ_i表示多波束指向角，角度范围为[θ_min,θ_max]，θ_min为最小角度，θ_max为最大角度，和分别为水平-距离声图数据和垂直-距离声图数据，形成二维图像；

所述采用信号幅度和目标模型对水平-距离二维声图进行联合检测，得到目标水平向信息，具体包括：

计算目标的回波信号强度EL₀：

EL₀＝SL₀-TL₀(R₀)+TS₀

其中，SL₀为发射阵列的声源级；TS₀为其探测目标的目标强度，目标与交叉阵列的距离为R₀，TL₀(R₀)为与目标点距离有关的传播损失；

根据水平接收基阵的接收灵敏度，计算出目标回波信号电压V₀：

V₀＝10^((S_h+20logP_a)/20)

其中，S_h表示水平接收基阵的接收灵敏度，P_a为接收信号EL₀对应的声压；

根据接收电路系统增益放大和波束形成的增益，估计得到波束域目标出的信号幅度A₀；

将信号幅度A₀作为检测门限，结合目标模型像素点数N₀，实现水平阵目标的动态门限检测，从而估计得到目标的水平向距离位置和水平角度信息

所述在垂直-距离二维声图中融合目标水平向信息，采用能量中心和动态门限联合检测，估计出多个疑似目标点的垂直向信息；对多个疑似目标点采用动态门限检测，剔除非疑似点，获得目标点；具体包括：

在区域内，r₀为根据试验应用场景设定的距离，根据接收信号类型和发射脉宽，计算得出距离向时间分辨率为τ；

选定能量估计区间T_d，T_d＝4τ，利用能量估计区间T_d将距离区间划分为K个能量区间，每个区间的能量表示为

其中，t_j为第j个能量区间的起始时刻，为垂直向第i个波束第j个能量区间的幅度值；

对K个区间的能量值进行排序，得到能量最大值E_max对应的第k个能量集中区间为[t_k,t_k+T_d]；

对[t_k,t_k+T_d]区间内的数据幅值求取平均值进行动态门限检测，剔除能量区间中的非目标点，最终采用幅度时间加权方法，估计得到多个波束目标散射回波的到达时间到达时刻t_{a_m}：

其中，N_b是水平接收波束个数；由此估计出每个波束上的疑似目标的时刻值t_{a_m}以及对应幅度值；

对多个波束的疑似目标点进行动态门限检测，将大于此门限的波束数和小于此门限的波束数的目标作为非疑似目标点，剔除非疑似目标点后得到N_s个疑似目标，估计出N_s个疑似目标回波的到达时刻值和对应的波束角度，在垂直-距离声图中画出目标点曲线。