特征提取置前的主动目标检测方法研究

Due to the influence of the complex underwater acoustic channel, the interference of the serious background noise, and the improvement of the underwater target stealth, the conventional detection methods based on the beam forming and match filtering cannot satisfy the function requirement of the active sonar. In order to enhance the performance of the match filtering in the target detection, the matching of the target characteristics should be added in the processing besides the matching of the transmitting signal and the underwater acoustic channel, i.e., the traditional workflow which contains Detection, Location, Classification and Tracking (DLCT) should be broken, and the material characteristic, the geometry characteristic and the motion characteristic of the target should be applied in the target detection. In the detection method for active target based on the target characteristics, the target characteristics are extracted from the echo signals in the preliminary detection, and then they will be applied in the improvement of the match filtering and other target detection methods. Finally, the process of the active target detection based on the target characteristics is proposed, to obtain more accurate detection result.

由于复杂的信道影响、严重的背景干扰等原因，且近年来水下目标的声隐身能力有了长足进步，以波束形成和匹配滤波为基础的常规检测方法已不能满足主动声纳的功能要求。为最大限度的提高匹配滤波处理在目标检测中的效果，除发射信号、水声信道的匹配以外，还需进一步增加目标特征的匹配，即应突破声纳系统中检测、定位、分类和跟踪(DLCT)依次进行的传统工作流程，将回波信号中的目标材料特征、几何特征、运动特征等都用于检测。本课题提出的“特征提取置前的主动目标检测方法研究”着眼于从初步检测的回波信号中提取所需的目标特征，将该特征应用于匹配滤波处理的改进，并发展新的目标检测方法，以获得更准确的目标检测结果，最终形成特征提取置前的主动目标检测流程。

近年来，水下目标的声隐身能力有了长足进步，对主动声纳探测信号的散射越来越弱，且由于复杂的信道影响、严重的背景干扰等原因，以波束形成和匹配滤波为基础的常规检测方法已不能满足主动声纳的功能要求。为最大限度地提高匹配滤波处理在目标检测中的效果，本项目从初步检测的回波信号中提取所需的目标特征，将该特征应用于匹配滤波处理的改进，并发展新的目标检测方法，以获得更准确的目标检测结果，最终形成特征提取置前的主动目标检测流程。在目标特征分析、目标特征提取、基于目标特征的目标检测、方法验证与流程设计的研究过程中，建立了主动目标检测的新方法和新思路，并基于高速信号处理机平台设计实现了主动目标检测实验系统，其中的“匹配滤波回波检测”模块融合了多种检测方法，针对不同的应用场景或者目标进行合理选择。同时，在以上湖试数据验证、海试数据验证等的过程中，积累了重要的主动声纳湖试、海试数据，能够为今后围绕该方向进一步开展的研究工作和主动声纳目标检测或特征提取相关领域的方法验证等提供数据支持。通过以上工作的开展，实现了本项目的研究目标：分析各目标特征影响回波信号检测效果的物理机理，建立两者的定量关系，从初步检测的回波信号中提取能够增强匹配滤波性能的目标特征；利用目标的材料、几何、运动特征改善匹配滤波效果、提高目标检测能力，形成特征提取置前的主动目标检测流程。其中前者体现了重要的科学意义，后者体现了广阔的应用前景，包括提高现有主动声纳装备的目标检测性能，且其中的目标特征提取相关研究，也对主动声纳的目标分类与识别功能模块的性能提升有积极作用。