聲吶目標分辨力

聲吶目標分辨力

聲吶系統對空間兩個相鄰目標的方位和距離的分辨能力,方位解析度是聲吶能分辨出同一航線上兩個目標之間的最小角度間隔。與換能器基陣的指向性,顯示器的靈敏度以及信號處理方法等因素有關。距離解析度,是指聲吶在同一距離上能分辨出兩個目標之間的最小距離,與聲吶系統所用信號波形以及信號處理方法等因素有關。目標解析度的數值愈小,則意味著聲吶設備的目標分辨力愈高,性能愈好。

簡介

由於電磁波在水中衰減很快,水下聲波是目前唯一能進行水下遠程探測、通訊的手段。聲吶是利用水下聲波對水下物體進行探測、定位和識別的方法及所用設備的總稱。

信號處理

水聲信號處理的主要任務,是在存在干擾背景的情況下,對水下聲場時空採樣進行空間和時間變換,以提高檢測所需信號的能力。按照聲吶方程,我們可以將水聲信號處理劃分成幾個主要環節;

(1)空間處理(波束形成等):用以獲得空間增益,提高聲吶方程中的接收指向性因子。

(2)時間處理:在時域,頻域上進行處理,以提高信噪比,獲得時間增益,降低檢測閾。

(3)參數估計:對時延、頻率等參數進行估計。

(4)動態範圍壓縮、歸一化和減數據率處理:減小在處理器—顯示器之間以及顯示器—聲吶員間接口的不匹配損失。

(5)目標識別。

(6)自動判決和跟蹤。

以上概括了現代聲吶信號處理設備的主要環節。應該指出,把空間處理和時間處理分開是為了便於說明。根據最佳時空處理理論,這兩者並不總是可以因子分解開的,一般說來,應作為一個統一整體來考慮。

目標識別

目標識別是聲吶後置數據處理的一個重要環節。這裡所說的識別不是指敵我識別,而是指目標性質識別。

目標識別的基本過程可分為兩步:第一步是對檢測到的信號估計其某些參數做為識別特徵,稱為特徵提取,第二步是根據這些特徵,通過與已知目標的特徵比較來判定是否目標以及是哪種目標。早期的方法是測量目標的功率譜,然後與已知目標的功率譜進行比較(例如採用相關法)來進行目標識別。這種方法在實際套用中並不很成功,其原因一方面在於當時分析手段的限制,所提取的特徵並不足以充分反映目標的性質;另一方面是因為模型太簡單。實用的聲吶沒備中往往還是採用機助識別方法,即機器以視覺方式向聲吶員提供多種識別特徵,輔助聲吶員用聽覺進行目標識別。完全用機器的自動目標識別還處於研究階段。

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