主動(dòng)目標(biāo)特征提取方法

主動(dòng)聲吶的目標(biāo)特征提取是指運(yùn)用信號(hào)分析或數(shù)據(jù)處理方法，從包含發(fā)射信號(hào)特征、傳輸信道特征和目標(biāo)散射特征等的回波信號(hào)中，準(zhǔn)確提取出反映目標(biāo)物理本質(zhì)的特征，即將高維的數(shù)據(jù)空間映射到較低維的特征空間。

材料特征的提取

回波信號(hào)時(shí)域波形的突變性質(zhì)和目標(biāo)表面的反射特性有關(guān)。例如，具有大面積光滑表面的目標(biāo)，其產(chǎn)生的回波邊緣較為陡峭；而具有隨機(jī)起伏粗糙不平的表面或隨機(jī)分布的目標(biāo)，會(huì)使回波邊緣較為模糊。在較近距離高信噪比條件下，通過波形邊緣的準(zhǔn)確提取，可有效分析目標(biāo)表面的材料特質(zhì)；而在遠(yuǎn)距離低信噪比或強(qiáng)混響干擾條件下，回波的到達(dá)前沿淹沒于復(fù)雜、強(qiáng)烈的背景干擾中，需要通過更精細(xì)的波形設(shè)計(jì)及處理來分析提取目標(biāo)的材料特性。對(duì)于線性調(diào)頻回波信號(hào)的頻域特性，可利用目標(biāo)回波的亮點(diǎn)模型并通過分?jǐn)?shù)傅里葉變換以實(shí)現(xiàn)剛性和彈性散射體差異特征的提取。

幾何特征的提取

目標(biāo)的幾何特征可由目標(biāo)回波的亮點(diǎn)結(jié)構(gòu)來體現(xiàn)，亮點(diǎn)結(jié)構(gòu)尤其適用于對(duì)大尺寸的軍用目標(biāo)（如水面艦艇和潛水艇等）進(jìn)行分析。不同亮點(diǎn)在聲軸上相互錯(cuò)開，形成沿時(shí)間分布的特征。當(dāng)入射-反射方位發(fā)生變化時(shí)，亮點(diǎn)之間的相對(duì)距離和聲程隨之變化。

通常利用匹配濾波方法、通過脈沖壓縮從回波信號(hào)中提取目標(biāo)各亮點(diǎn)的相對(duì)時(shí)延差。由于發(fā)射信號(hào)的固有屬性即時(shí)間分辨率的限制以及旁瓣干擾的影響，利用常規(guī)匹配濾波方法準(zhǔn)確估計(jì)主動(dòng)目標(biāo)的弱幾何散射信號(hào)的時(shí)延非常困難。針對(duì)這個(gè)問題，一方面通過發(fā)射信號(hào)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高信號(hào)的時(shí)間分辨率，如使用由若干個(gè)子脈沖組成的組合脈沖，選擇合適的組合脈沖個(gè)數(shù)，即可在保證頻率分辨率一定的條件下，獲得所需的時(shí)間分辨率，以有效提高目標(biāo)幾何特征提取的精度。另一方面需改善回波信號(hào)的處理方法，如利用目標(biāo)速度參數(shù)對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行壓縮或擴(kuò)張預(yù)畸變，重構(gòu)與回波信號(hào)匹配度更高的拷貝信號(hào)。

運(yùn)動(dòng)特征的提取

目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征主要體現(xiàn)為多普勒頻移，利用頻率估計(jì)方法、通過求取接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的頻率差，可直接求得目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。對(duì)于單頻信號(hào)，進(jìn)行?FFT?處理并由此估計(jì)目標(biāo)速度簡(jiǎn)單易行，而直接對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行頻率偏移估計(jì)則比較困難。針對(duì)這個(gè)問題，使用密集-稀疏復(fù)合方法可產(chǎn)生低旁瓣和高精度的距離-多普勒?qǐng)D像，通過改進(jìn)基于擴(kuò)展不變性原理的加權(quán)最小二乘法，能獲得精確的目標(biāo)位置和速度估計(jì)。對(duì)于將線性調(diào)頻信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)的情況，利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方法和寬帶模糊度函數(shù)可估計(jì)目標(biāo)速度，并能從混響背景中分辨出真實(shí)目標(biāo)。

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