浅海目标多基地声呐协同探测技术研究

Focusing on the detection requirements of submarines, torpedoes, mines and other underwater objects, the sound scattering echoes of the shallow-sea quiet objects are seriously disturbed by submarine reverberation, the object echoes are weak, and it is difficult to distinguish between reefs and underwater artificial objects. Researching on a collaborative detection technology of the multi-static sonar to achieve effective detection and identification for shallow sea objects. A time-frequency morphological domain blind extraction algorithm is studied to suppress the seafloor reverberation interference, obtain the temporal structure of the object acoustic scattering components, and provide a signal model for accurately extracting the object acoustic scattering features. Deriving the object acoustic scattering function expression, constructing the object acoustic scattering feature vector, which can comprehensively describe the object physical characteristics. A multi-static fusion algorithm based on scattering features and decision error feedback is designed to improve the accuracy of underwater object detection and recognition. The project mainly focuses on theoretical and simulation research, and combines the pool and the lake experimental data to analyze and verify the detection and identification methods.

围绕对潜艇、鱼雷、水雷等水下目标的探测需求，针对浅海安静型目标声散射回波受海底混响干扰严重，目标回波信号弱，且难以区分礁石和水下人工目标等技术难点问题，研究多基地声呐协同探测技术实现对浅海目标的有效探测和识别。研究一种时频形态域盲抽取算法，抑制海底混响干扰，获取目标声散射成分时序结构，为准确提取目标声散射特征提供信号模型。推导目标声散射函数表达式，构建目标声散射特征向量，全面描述目标散射特性。设计一种基于散射特征和决策误差反馈的多基地融合算法，达到提高对水下目标探测识别准确度的目的。本项目主要以理论研究和仿真为主，结合水池实验和湖上实验数据对探测识别方法进行分析和验证。

围绕对潜艇、鱼雷、水雷等水下目标的探测需求，针对浅海安静型目标声散射回波受海底混响干扰严重，目标回波信号弱，且难以区分礁石和水下人工目标等技术难点问题，研究利用多基地声呐获取的多角度数据信息实现对浅海目标的有效探测和识别。首先研究多基地目标声散射建模方法，由于Kirchhoff近似忽略了影区对声场的贡献，在利用板块元方法计算收发分置声散射问题时，随着分置角的不断增大，原始板块元方法的计算偏差也会逐渐增大，因此必须进行修正，将影区对散射声场的贡献考虑进来，利用修正的板块元方法对Benchmark QT模型的散射特性进行的预报，通过湖上试验验证了建模方法的有效性。在此基础上，研究目标多角度声散射的时域、频域和空域声散射特性，对于实际测量数据，为了抑制海底混响干扰，获取目标声散射成分时序结构，研究了一种时频形态域盲抽取算法，能够准确提取目标声散射特征提供信号。根据目标物理属性和信号特征的对应关系，构建了目标声散射特征向量，全面描述目标散射特性。设计了一种基于散射特征和决策误差反馈的多基地融合算法，湖上多基地小目标声散射回波测量试验数据结果表明，多角度特征融合的目标识别准确率约为98.8%，多角度融合比收发合置的单角度分析结果提高了约10%，验证项目多基地声呐协同探测的有效性。本研究成果解决了多基地信息融合的基本理论问题，项目研究成果也可以应用于浅海水下无人潜器、蛙人等主动声呐目标探测领域，为主动声呐目标探测提供有效的信号处理方法。