一种用于侧扫声纳目标检测的混响抑制技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于侧扫声纳的水声信号处理方法，具体涉及一种通过抑制混响 提高侧扫声纳目标检测能力的方法。
【背景技术】
[0002] 侧扫声纳是目前应用广泛的水下地貌测量设备。工作时，侧扫声纳在垂直于航向 方向形成两个窄波束，通过目标回波强度变化反映海底的地貌特征。侧扫声纳成像的精细 度比较高，是水下沉底小目标检测的重要设备。侧扫声纳用于水下小目标检测时，目标回波 产生的亮点和由于遮蔽引起的声阴影是用于目标检测的主要特征，此时海底回波是影响目 标检测的混响干扰。现有技术为抑制混响在声纳设计时通常采用窄波束和宽频带来实现， 但是该会相应增加系统体积和电子系统复杂度，提高空间有限。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对应用侧扫声纳实现海底地形平稳条件下的沉底小目标检测， 提供一种混响抑制方法，W提高目标检测能力。
[0004] 为了实现上述目的，本发明提供一种用于侧扫声纳成像的混响抑制方法，所述方 法为；根据历史信息估计混响的统计特征，依据得到的混响的统计特征，在特征域将混响和 信号分离，其中，采用联合对角化方法估计分离时采用的分离矩阵。
[0005] 可选的，上述方法具体包含：
[0006] 步骤101)根据目标尺寸与声纳波束宽度，设定时间窗长度；
[0007] 步骤102)将侧扫声纳直接接收的多峽原始信号X输入当前的时间窗内；
[0008] 步骤103)基于四阶累积量的联合对角化获得输入信号的分离矩阵W;
[0009] 步骤104)将获得的分离矩阵与当前时间窗的输入信号相乘，获得一个时间窗的混 响抑制后的目标回波信号；
[0010] 步骤105)滑动时间窗，重复步骤102)至步骤104)，顺次得到各个时间窗的混响抑 制信号。
[0011] 当信号回波持续N个回波周期时，则设定的时间窗长度应大于N，其中N为自然数。
[0012] 可选的，上述步骤103)的分离矩阵W的计算公式为：
[0013]
【主权项】
1. 一种用于侧扫声纳成像的混响抑制方法，所述方法为：根据历史信息估计混响的统 计特征，依据得到的混响的统计特征，在特征域将混响和信号分离，其中，采用联合对角化 方法估计分离时采用的分离矩阵。
2. 根据权利要求1所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制方法，其特征在于，所述方法 包含： 步骤101)根据目标尺寸与声纳波束宽度，设定时间窗长度； 步骤102)将侧扫声纳直接接收的多帧原始信号X输入当前的时间窗内； 步骤103)基于四阶累积量的联合对角化获得输入信号的分离矩阵W ; 步骤104)将获得的分离矩阵与当前时间窗的输入信号相乘，获得一个时间窗的混响抑 制后的目标回波信号； 步骤105)滑动时间窗，重复步骤102)至步骤104)，顺次得到各个时间窗的混响抑制信 号。
3. 根据权利要求2所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制方法，其特征在于，当信号回 波持续N个回波周期时，则设定的时间窗长度应大于N，其中N为自然数。
4. 根据权利要求2所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制方法，其特征在于，所述步骤 103)的分离矩阵W的计算公式为： W = U-7Q 其中，Q为多帧原始信号X的白化矩阵，?Κ为通过对累积量矩阵集合的联合近似对角化 得到的矩阵。
5. 根据权利要求4所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制方法，其特征在于，所述对累 积量矩阵的联合近似对角化通过如下代价函数的最大化得到：
其中，N为累积量矩阵，V为Ν*Ν维酉矩阵，c (V，Ν)为代价函数，Ne表示累积量矩阵集， 它由累积量矩阵的S个最大特征值对应的特征向量组成，Vh表示V的共轭转置，diag()表 示对角线上的元素求和运算，" ?，，表示定义运算。
6. -种用于侧扫声纳成像的混响抑制系统，其特征在于，所述系统还包含： 时间窗长度设定模块，用于根据目标尺寸与声纳波束宽度，设定时间窗长度； 输入模块，用于将侧扫声纳直接接收的多帧原始信号X输入当前的时间窗内； 分离矩阵获取模块，用于基于四阶累积量的联合对角化获得输入信号的分离矩阵W ; 分离模块，用于将获得的分离矩阵与当前时间窗的输入信号相乘，获得一个时间窗的 混响抑制后的目标回波信号。
7. 根据权利要求6所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制系统，其特征在于，所述系统 还包含： 混动模块，用于滑动时间窗，进而采用所述输入模块、分离矩阵获取模块和分离模块得 到各个时间窗的混响抑制信号。
8. 根据权利要求6所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制系统，其特征在于，当信号回 波持续N个回波周期时，则设定的时间窗长度应大于Ν，其中N为自然数。
9. 根据权利要求6所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制系统，其特征在于，所述分离 矩阵获取模块进一步包含： 第一矩阵获取子模块，用于获取观测信号X的白化矩阵，将白化矩阵作为第一矩阵； 第二矩阵获取子模块，用于通过对累积量矩阵集合的联合近似对角化得到的第二矩 阵； 分离矩阵获得输出子模块，用于将第一矩阵和第二矩阵相乘得到分离矩阵。
10. 根据权利要求9所述的用于侧扫声纳成像的混响抑制系统，其特征在于，所述第二 矩阵获取子模块通过如下代价函数的最大化得到：
其中，N为累积量矩阵，V为N*N维酉矩阵，c (V，N)为代价函数，Ne表示累积量矩阵集， 它由累积量矩阵的S个最大特征值对应的特征向量组成，Vh表示V的共轭转置，diag()表 示对角线上的元素求和运算，《 ^表示定义运算。
【专利摘要】本发明提出了一种用于侧扫声纳成像的混响抑制方法及系统，所述方法为：根据历史信息估计混响的统计特征，依据得到的混响的统计特征，在特征域将混响和信号分离，其中，采用联合对角化方法估计分离时采用的分离矩阵。本发明利用混响与目标回波统计特性不同这一特点，在统计域实现混响与目标分离，进而实现混响抑制的目的。具体实现中将一个时间窗内的信号作为一组观测信号，通过实现信号间彼此最大独立化，实现回波与混响分离，得到无混响的目标回波，再通过时间窗滑动，实现所有时间帧信号的混响抑制，最终为目标检测识别提供干净的目标回波。
【IPC分类】G01S7-537
【公开号】CN104880703
【申请号】CN201410069680
【发明人】刘佳, 许枫, 杨娟, 徐亚军, 吴义军
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月27日