基于BTR的雷达声呐探测目标匹配融合技术

为了解决被动声呐无法有效分辨水面和水下目标的问题,将雷达探测目标航迹映射到被动声呐探测目标的时间方位历程图(BTR),通过将雷达和声呐探测目标航迹进行匹配融合处理,实现了不同维度目标信息的关联融合,从而准确分辨是水面目标,还是水下目标。试验结果表明,该技术能够有效实现雷达声呐共同探测目标的匹配关联,能够对水下目标的准确分辨提供理论指导。

水下运动平台的广义Radon变换目标参数估计方法

针对传统目标运动分析算法受静止单平台可观测性限制的问题,本文提出了一种基于广义Radon变换的水下运动平台目标参数估计方法。在观测平台自身的运动参数已知的假设下,推导了目标方位与各运动参数的数学关系,在此基础上通过对平台声呐测得的目标时间方位历程进行广义Radon变换,依次得到目标的航向角、速度以及目标相对于探测平台的初距,最终实现目标运动轨迹的解算。利用矢量阵的仿真数据对方法的可行性进行了分析验证,结果表明:作为一种批处理类方法,该方法无需进行迭代运算,易于实现,在较低信噪比条件下仍具有很好的估计精度和鲁棒性。

一种基于重置协方差矩阵的波束形成优化方法

低信噪比情况下,针对波束形成方位历程图显示效果较差问题,提出一种重置协方差矩阵的波束形成前置预处理方法。该方法依据协方差矩阵中主对角线元素相比其他元素所含噪声能量差别较大、信号能量基本一样的特点,利用协方差矩阵主对角线邻近元素绝对值对主对角线元素进行重置,降低主对角元素所含噪声对方位历程图的影响,改善方位历程图显示效果。计算机数值仿真和海上实验数据处理结果表明,高信噪比情况下,该方法对方位历程图显示效果无影响;低信噪比情况下,该方法可以很好地改善方位历程图显示效果;该方法同样可以结合其他后置处理技术同时使用,进一步改善方位历程图显示效果。该方法可为改善方位历程图显示效果提供一个参考。

基于频率着色的被动声呐宽带能量检测方法

为了提高被动声呐宽带能量检测(CED)所能获得的目标分辨和检测能力,本文了提出基于频率着色的宽带能量检测办法。该方法将光的三原色(RGB)引入到被动声呐宽带能量检测中,将所处理宽带信号的波束输出按频率映射为不同的三原色色值,得到彩色波束输出矩阵,利用色光三原色加色法原理对彩色波束输出矩阵进行混色,获得宽带彩色输出,最终按时间并列输出得到彩色的方位时间历程图(BTR)。所提方法既保留了积分处理带来的处理增益,同时利用宽带目标信号的频率特征差异,利用颜色突出目标与干扰、目标与背景之间的差异,提高显示性能。数值仿真和实测数据结果表明:所提方法可以获得优于CED的多目标分辨和弱目标检测的能力。

运动平台混响背景下基于低秩稀疏分解的目标回波增强

在水下航行器等运动平台上,主动声呐的近距离滤波结果受混响干扰影响严重,大量的混响回波亮点会掩蔽目标回波的可见性,导致后续检测判决的虚警率增大。以阵列处理的方位历程图作为基本输入,该文利用某些场景下混响干扰相邻周期间潜在的相干结构,假设混响满足低秩性;由于平台间的相对运动,假设感兴趣的目标回波在逐周期间是不相关且稀疏的。之后,将方位历程图表示为低秩的混响、稀疏的运动目标回波和噪声成分,在此基础上提出以加速近端梯度法(APG)和快速数据投影法(FDPM)分别实现离线和在线的低秩稀疏分解,从而实现混响抑制和目标回波增强。试验结果验证了假设模型的有效性,并且两种分解算法均能有效地增强目标回波。

一种方位历程图中目标点迹的动提取方法

针对在方位历程图上目标产生交叉或者两个目标相近时,常规的峰值检测方法的漏检概率比较高的问题,提出了一种峰值检测的改进方法,可以有效地对上述两种情况的目标进行检测,极大的提高了检测的性能。改进的峰值检测法利用接收的方位能量曲线的变化趋势,提取出可能的目标测量信息,在方位历程图上完成对目标的自动录取与跟踪。利用大量真实海洋环境下的实验数据对算法进行验证,验证的结果表明改进的峰值检测方法要优于常规的峰值检测方法。

一种基于深度学习的多方位谱融合检测方法

在水下复杂的海洋环境中,依托水下无人平台进行自主检测是进行目标探测的基础,具有重要的研究价值。针对水下无人平台在利用方位历程图进行目标检测过程中检测门限难以确定的问题,提出了一种基于深度学习的多方位谱融合检测方法,弱化了对检测门限的依赖。该方法首先利用不同方位谱生成方法产生方位谱,然后建立融合通道注意力的CA-ConvNext深度学习网络,采用结合仿真数据与实际海试无标签数据进行半监督策略训练,得到最终的目标检测模型。仿真实验结果表明多方位谱融合的检测概率相比于单一方法提高了10%,海上试验数据处理结果也表明本文方法比单独采用不同方法进行检测效果提升明显,验证了本文方法的正确性与有效性。

一种基于峰值提取的历程图增强方法

针对方位历程图中出现的由于空间采样能力不足、图片规格化后灰度分布不均匀等因素导致的航迹模糊问题,提出了一种基于峰值提取和直方图均衡化对历程图进行增强的方法。首先利用极值提取对历程图中每个快拍数据进行处理,将主瓣附近的连片干扰尽可能降低;其次,通过阈值检测将低能量杂波滤除;最后,对产生的历程图进行直方图均衡化,进一步突出目标航迹的细节。