[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

说明书

本发明公开了一种基于交叉阵列的目标三维信息测量方法及系统，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。本发明的方法提高了目标深度测量的自适应性和精确性，计算量小且易实现。

技术领域

本发明涉及一种海洋领域的水声信号处理方法，具体涉及一种基于交叉阵列的目标三维信息测量方法及系统。

背景技术

图像声纳能够为水下导航、水下目标搜索和水利工程监测等应用领域提供实时的水下图像，实现水下目标探测。在实际工程应用中，常用的图像声纳为二维图像声纳，对于前视声纳，只能够获取目标的距离信息和水平方位信息。在目标探测识别过程中，为了进一步确认目标，以便于猎取或躲避目标，必须估计出目标在水中的深度信息。可利用三维成像声纳进行水下探测，能够获得覆盖水域中目标的三维图像信息，即距离向信息、水平方位信息和深度信息，但三维图像声纳的硬件复杂度较高，且目标检测难度增大。

现有的测深仪，如单波束测深仪和多波束测深仪，主要功能为海底/湖底深度的测量，对水中小目标的探测和测深性能较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，设计了一个交叉阵列，并基于该交叉阵列提出了目标三维信息测量方法及系统。

为实现上述目的，本发明提出了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。

作为上述方法的一种改进，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。

作为上述方法的一种改进，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：