,3,4)
[0067] 将上述四个子窗的能量进行相邻两个子窗合并，得到=个相互重叠的新子窗Wnl, Wn2，Wn3,能量分别为：
[006引岛;,二怎!' +怎'.+1 扭=1，名巧（1)
[0069] 从上述所得的S个新子窗中，捜索出能量最大值tmax(与,;,）1max(.)表示最大 值）对应的子窗>则能量中屯、收敛区间位于新子窗马^内，且新的时间窗长度为 而'，"二馬X2 =导
[0070] 3)对步骤2)中计算出的新子窗巧长度选择相应的操作，如果<巧&,: >则更 新Wr =巧f;,. >并重复上述操作进行迭代;直到4D,, > Wn;,, >判断若A < Wr;,, < >则令 巧。,=2/),, >并再执行一次步骤2)的操作，迭代结束，否则结束，进而确定能量收敛区间的 起始口 Wstart和终止口 Wend，并转化为时间起始口 Tstart和终止口 Tend。
[0071] 4)对时间起始口 Tstart和终止口 Tend之内的波束数据，对幅值求平均W得到该时间 窗的口限值，并进行动态口限检测。对于此时间窗内的波束数据，保留大于口限的数据，剔 除小于口限的数据。
[0072] 5)对步骤4)中对应的时间窗中保留的数据序列仅仅是起始口和终止口之间、幅度 在相应口限之上的数据序列。由此可W估算出此波束中船体目标散射回波的到达时间，通 过下式的幅度时间加权平均可得：
[0074] 6)对每个平行接收波束都进行步骤2)~5)的数据处理，为此得到每个波束中船体 散射回波的到达时间（TOA)，且能得到每个波束数据的动态口限。对每帖数据中的所有波束 动态口限的幅值求平均，根据大于此口限的波束数，和小于此口限的波束数可W估计出每 个波束中船体回波的到达时间。
[0075] 7)根据步骤6)中的数据处理结果，可W估计出船舶的吃水口限，为了确保船舶的 吃水深度有一定的冗余，一般取小于口限的第一个波束距离水面的高度确定为船舶的吃水 深度。
[0076] 8)对每一帖数据都进行步骤1)-步骤7)的数据处理，并且根据每一帖数据处理处 理之后获得的船体进行拼接成图，进而获得船型。
[0077] 图2本发明方法的信号处理框图
[0078] 本发明的提出实现方法能估算出船舶的吃水深度，并且可W获得船型。
[0079] 实施例2:
[0080] 在本实施例中，系统参数为:船舶吃水深度测量系统，其换能器竖直安装在河岸的 一侧，换能器顶端距离水面的高度为0.7米，声速c = 1500m/s，阵元个数为12个，形成12个平 行波束，假定船舶的侧面为曲面，船体侧面为连续源，仿真采用点源组成连续源，与阵元4号 ~阵元12号平行的某距离处有船体，距离换能器的水平距离依次为7.3米，7.3米，6.8米， 6.8米，6.6米，6.6米，6.2米，6.2米，6.2米，只处理一帖数据，处理结果如下。
[0081] 由图3-a、图3-b和图4可W看出，最后一个波束收到的船体的回波数据为第4个波 束，估算出船舶的吃水深度为1.76米。
[0082] W上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，应理解的是，W上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，所述方法包含： 步骤101)对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束； 步骤102)采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量收敛区间，估计出波束的起 始口和终止口； 步骤103)根据估计的波束的起始口和终止口并采用幅度时间加权算法，估算出每个波 束中船体回波的到达时间； 步骤104)根据动态口限检测，计算出船舶的吃水深度，并且对船型进行建模。2. 根据权利要求1所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在于，所述 步骤102)进一步包含： 步骤102-1)假设每个波束数据的时间序列长度均为Wt,幅度值记为A(t)，船体的散射回 波信号为Dw,发射信号脉宽为T; 将每个波束数据长度Wt分为K个子窗，每个子窗的宽度Wd = Wt/K，各个子窗的能量Ei通过 积分可表示为：其中，ti为第i个子窗的起始时刻； 将上述所有子窗的能量进行前后相邻两个合并，得到"K-r个相互重叠的新子窗，且每 个新子窗的能量分别为：从所有新子窗中，捜索出能量最大值对应的子窗>则能量中屯、收敛区间位于新子 窗馬;i内，且新的时间窗长度为步骤102-2)对计算得到的新子窗Ww长度选择相应的操作，如果则更新 '斯 5. Wr二巧>并重复上述操作进行迭代；直到4巧,.> ,判断若<2巧, > 则令 并再执行一次步骤102-1)的操作，迭代结束，进而确定能量收敛区间的起始口 Wstart和终止口 Wend，并转化为时间起始口 Tstart和终止口 Tend。 3 .根据权利要求2所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在于，展宽 后的回波信号宽度Dw= 2t。4. 根据权利要求2所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在于，所述 子窗个数为4。5. 根据权利要求2、3或4所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在 于，所述步骤103)进一步包含： 步骤103-1)求时间起始口 Tstart和终止口 Tend之内的波束数据的幅度的平均值进而得到 本时间窗的口限值，并进行动态口限检测，即：对于此时间窗内的波束数据，保留大于口限 的数据，剔除小于口限的数据； 步骤103-2)步骤103-1)保留的数据序列包含位于起始口和终止口之间且幅度在相应 口限之上的数据序列，根据保留的数据序列估算此波束中船体目标散射回波的到达时间 tc：其中，N为步骤103-1)中保留的数据序列的个数，Al和ti分别表示为步骤103-1)保留的 数据序列中的第i个数据的幅度和对应的时刻； 步骤103-3)根据每个平行接收波束得到每个波束中船体散射回波的到达时间，且根据 步骤103-1)能得到每个波束数据的动态口限;对每帖数据中的所有的平行波束动态口限的 幅值累加求平均值得到口限化;对每帖数据中的多个平行波束进行处理，步骤103-1)计算 出的每个波束的口限值若大于口限化，则认为此波束中有船体，且可得到步骤103-2)中得 到的船体的到达时间t。，否则认为无船体。6. -种船舶吃水深度测量中自适应船体检测系统，其特征在于，所述系统包含： 平行波束生成模块，用于对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行 波束； 波束起始口和终止口估算模块，用于采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量 收敛区间，估计出波束的起始口和终止口； 第一处理模块，用于采用幅度时间加权算法，估算出所有波束中船体回波的到达时间； 和 第二处理模块，用于根据动态口限检测，计算出船舶的吃水深度，并且能对船型进行建 模。7. 根据权利要求6所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测系统，其特征在于，所述 波束起始口和终止口估算模块进一步包含： 参数设置子模块，用于假设每个波束数据的时间序列长度均为Wt,幅度值记为A(t)，船 体的散射回波信号为Dw,发射信号脉宽为T; 将每个波束数据长度Wt分为K个子窗，每个子窗的宽度Wd = Wt/K，各个子窗的能量Ei通过 积分可表示为：其中，ti为第i个子窗的起始时刻； 将上述所有子窗的能量进行相邻两个合并，得到"K-r个相互重叠的新子窗，且每个新 子窗的能量分别为：从所有新子窗中，捜索出能量最大值对应的子窗&恥,. >则能量中屯、收敛区间位于新子 窗馬枯内，且新的时间窗长度为判决处理子模块，用于对计算得到的新子窗长度选择相应的操作，如果 4 A < ，则更新％ :二巧Ku.，并重复上述操作进行迭代；直到4A >巧;;。，判断若 。，,. <而;,,< 2A，则令听" = 2。,,.，并再执行一次步骤102-1)的操作，迭代结束，进而确定 能量收敛区间的起始口 Wstart和终止口 Wend，并转化为时间起始口 Tstart和终止口 Tend。8. 根据权利要求7所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测系统，其特征在于，展宽 后的回波信号宽度Dw= 2t。9. 根据权利要求7所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测系统，其特征在于，所述 子窗个数为4。10. 根据权利要求2、3或4所述的船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法，其特征在 于，所述第一处理模块进一步包含： 数据保留处理子模块，用于求时间起始口 Tstad和终止口 Tend之内的波束数据的幅度的 平均值进而得到本时间窗的口限值，并进行动态口限检测，即：对于此时间窗内的波束数 据，保留大于口限的数据，剔除小于口限的数据； 第四处理子模块，用于根据保留的数据序列估算此波束中船体目标散射回波的到达时 间tc，所述保留的数据序列包含位于起始口和终止口之间且幅度在相应口限之上的数据序 列：其中，N为步骤103-1)中保留的数据序列的个数，Al和ti分别表示为步骤103-1)保留的 数据序列中的第i个数据的幅度和对应的时刻； 第五处理子模块，用于根据每个平行接收波束得到每个波束中船体散射回波的到达时 间，且能得到每个波束数据的动态口限;对每帖数据中的所有波束动态口限的幅值求平均， 进而判断有无船体，W及船体到达时间。
【专利摘要】本发明提供一种船舶吃水深度测量中自适应船体检测方法及系统，所述方法包含：步骤101)对阵元回波数据进行近场聚焦波束形成处理，形成多个平行波束；步骤102)采用能量收敛区间检测方法计算每个波束的能量收敛区间，估计出波束的起始门和终止门；步骤103)根据确定的波束的起始门和终止门并采用幅度时间加权算法，估算出每个波束中船体回波的到达时间；步骤104)根据动态门限检测，计算出船舶的吃水深度，并且能对船型进行建模。本发明的提出实现方法提高了船舶吃水深度测量系统的智能性和自适应性。本发明的提出实现方法不仅能估算出船舶的吃水深度，并且可以获得船型。
【IPC分类】B63B39/12, G01S7/539
【公开号】CN105644730
【申请号】
【发明人】闫路, 许枫, 刘佳, 温涛
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月13日