基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法及系统

本发明属于被动声纳探测，尤其涉及一种基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法及系统。

背景技术：

1、由于各种军用与民用的需要，探测并跟踪水下远距离处的被动目标成为当今研究的热点，被动声纳探测利用各种信号处理技术对接收到的被动目标(如舰船)辐射噪声进行处理，以达到从复杂噪声背景中检测目标的存在。但随着减振降噪技术的发展，辐射噪声的声源级逐年下降，而海洋噪声却随着近年来航运的频繁而逐年增加，因此亟待开发一种适用于水下弱目标被动探测方法，以有效识别以及定位水下弱目标。

2、现有技术提供一种从时间方位历程图中提取角度信息的方法，提取出的角度信息可以作为后续交叉定位的输入信息。但是现有技术提供的角度信息提取方法，通常配置特定的能量门限，如此，易导致丢失弱目标的情况发生。除此之外，实际海试数据易出现能量较强的尖峰异常值，受尖峰异常值的影响，实际设置的能量门限往往高于合理的能量门限，较高的能量门限易导致弱目标的丢失。

3、亟待提出一种角度信息提取方法，以有效的改善或解决弱目标丢失的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对移动平台低信噪比场景下角度信息的提取存在弱目标丢失的问题，提出了基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法和系统。所述角度信息提取方法设计动态更新的数据积累池，基于统计分割方法设置动态能量门限，将阵列输出的原始数据逐帧读入数据积累池，再对进入数据积累池的每一帧数据依据动态能量门限进行过门限检测，提取角度信息。即利用动态更新的数据积累池中的数据积累矩阵动态计算能量门限，再利用动态门限对下一帧读取的原始数据做过门检测，从而使得动态门限能够适应下一帧读取的原始数据，进而改善或解决由于能量门限不合理而导致的弱目标丢失的问题。

2、第一方面，本发明提供一种基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法，其特征在于，从多帧阵列输出的原始数据中应用所述角度信息提取方法提取角度信息；所述角度信息提取方法包括如下步骤：

3、s10.设置数据积累池的大小；

4、s11.所述数据积累池从所述多帧阵列输出的原始数据中读取前数帧阵列输出的原始数据，构成数据积累矩阵；

5、s12.利用所述数据积累矩阵，求解能量门限；

6、s13.所述数据积累池读取下一帧的原始数据，利用上一所述能量门限对下一帧的原始数据进行过门限检测，从满足过门检测的下一帧的原始数据中提取角度信息；

7、s14.将下一帧的原始数据存入所述数据积累池中，同时将所述数据积累池中的第一帧所述原始数据消除，完成对所述数据积累池的动态更新，形成更新后的数据积累矩阵；

8、s15.利用更新后的数据积累矩阵重新求解能量门限；

9、s16.重复执行s13～s15，直至逐帧读取所有阵列输出的原始数据，获得多个角度信息。

10、作为一种可能的实现方式，s16之后，所述角度信息提取方法还包括：

11、s17.将所有所述角度信息汇集到同一二值矩阵中，即可获得以二值图像表示的声呐目标时空分布图，其中，过门限检测的点对应能量设置为1，未过能量门限检测的点对应能量设置为0。

12、作为一种可能的实现方式，从所述多帧阵列输出的原始数据中读取前数帧阵列输出的原始数据，包括：

13、s110.以帧头为起始，将前数帧阵列输出的原始数据从0开始顺序编号至n，即每一帧所述原始数据均对应配置一个数据帧编号；

14、s111.所述数据积累池逐帧读入所述原始数据，且每读入一帧所述原始数据，将所述数据帧编号增加1；

15、s112.判断所述数据帧编号是否达到n；如是，则停止读入，否则，继续读入直至所述数据帧编号达到n。

16、作为一种可能的实现方式，阵列输出的原始数据的总帧数记为k，读取的前数帧阵列输出的原始数据为n，k/100≤n≤k/10。

17、作为一种可能的实现方式，能量门限系数记为ρ，k＝1200，n＝80，ρ＝1。

18、作为一种可能的实现方式，能量门限记为g，能量门限系数记为ρ，通过如下方式求解能量门限：

19、g＝e+ρσ,ρ∈[1,3]

20、其中，e表示数据积累矩阵中所述原始数据的均值，σ表示数据积累矩阵中所述原始数据的标准差。

21、第二方面，本发明还提供一种基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取系统，所述系统包括处理器以及与处理器耦合的通信接口；所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现第一方面所述的基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法。

22、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

23、1.本发明提供的角度信息提取方法设计动态更新的数据积累池，即当读取的下一帧原始数据满足能量门限的过门检测时，数据积累池中的第一帧原始数据消除，而新读入数据积累池中的原始数据位于帧尾，以完成对数据积累池的动态更新。即通过逐帧读取的方式来动态更新数据积累池，以确保数据积累池中原始数据的有效性，换言之，可以彻底消除尖峰异常值对数据积累池的不利影响。

24、2.动态更新的数据积累池中配置的数据积累矩阵中的原始数据不包括尖峰异常值，当采用如统计分割方法，并基于数据积累矩阵计算能量门限时，能够获取较为合理的能量门限，而当利用较为合理的能量门限对逐帧读取的下一帧原始数据做过门检测时，可以提高对弱目标的检测能力。

技术特征：

1.一种基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法，其特征在于，从多帧阵列输出的原始数据中应用所述角度信息提取方法提取角度信息；所述角度信息提取方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法，其特征在于，s16之后，所述角度信息提取方法还包括：

3.根据权利要求1所述的基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法，其特征在于，从所述多帧阵列输出的原始数据中读取前数帧阵列输出的原始数据，包括：

4.根据权利要求1所述的基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法，其特征在于，阵列输出的原始数据的总帧数记为k，读取的前数帧阵列输出的原始数据为n，k/100≤n≤k/10。

5.根据权利要求4所述的基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法，其特征在于，能量门限系数记为ρ，k＝1200，n＝80，ρ＝1；或，k＝3600，n＝100，ρ＝1。

6.根据权利要求1所述的基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法，其特征在于，能量门限记为g，能量门限系数记为ρ，通过如下方式求解能量门限：

7.一种基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取系统，其特征在于，所述系统包括处理器以及与处理器耦合的通信接口；所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现权利要求1-6任一项所述的基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法。

技术总结
本发明属于被动声纳探测技术领域，涉及基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法及系统。本发明针对移动平台低信噪比场景下角度信息的提取存在弱目标丢失的问题，提出了基于动态能量门限和单帧判别的角度信息提取方法和系统。该方法设计动态更新的数据积累池，基于统计分割方法设置动态能量门限，将阵列输出的原始数据逐帧读入数据积累池，再对读入的每一帧数据依据动态能量门限进行过门限检测，提取角度信息。即利用动态更新的数据积累池中的数据积累矩阵动态计算能量门限，再利用动态门限对下一帧读取的原始数据做过门检测，从而使得动态门限能够适应下一帧读取的原始数据，进而解决由于能量门限不合理而导致的弱目标丢失的问题。

技术研发人员：生雪莉,刘聪,苍思远,石冰玉,曹然
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12