一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法及系统与流程

本发明涉及水下目标成像，尤其涉及一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法及系统。

背景技术：

1、随着水声技术的发展，水下目标高精度成像逐渐成为广大学者研究的热点技术。

2、在水下目标识别领域，通常是通过高精度水下成像提供优质样本以提高识别准确率，此时需要精准的获取目标方位、距离维度的回波亮点强度以提升成像质量，当目标结构复杂或目标为多个不同配件组合而成时，由于不同结构配件强度不同，将会出现强目标对弱目标的遮挡效应，此效应在空间波束维度和距离维度均会出现，空间波束维度可通过高分辨波束形成、自适应旁瓣抵消等方法改善空间维的遮挡效应。而在距离维，目前采用的技术方法通常采用匹配滤波进行脉冲压缩，但遮挡效应在目标回波强度差异大、距离近的条件下依旧存在，影响高精度成像质量。匹配滤波器(matched filter，mf)作为白噪声背景下的最佳检测器，一直以来被广泛使用，对于宽带信号如线性调频信号(linear frequencymodulated，lfm)，mf能够有效地提高信噪比及距离分辨力。值得一提的是，mf的探测性能会受到其旁瓣的影响，当在强干扰的条件下检测弱目标时，弱目标会存在遮挡效应，影响检测性能。

3、现有的针对如何降低匹配滤波旁瓣效应的方案中，有方案采用具有良好的自相关函数（auto correlation function，acf）特性和较低的自相关旁瓣水平的波形，使其具有较小的脉冲响应宽度，此类波形通常为编码信号或非线性调制信号；还有方案针对相位编码信号的旁瓣抑制问题，提出了利用鲸鱼优化算法对其失配滤波器进行设计获得较好的旁瓣抑制性能；还有方案采用具有低旁瓣特性的伪随机序列信号在目标检测中的应用，其良好的自相关等特性是基于编码信号的最优化参数获取的，且编码信号的发射及最优化参数的计算将增加系统复杂度；还有方案利用融合实配处理和最小均方滤波的算法抑制距离旁瓣，该方法应用与雷达正交频分复用技术（orthogonal frequency divisionmultiplexing，ofdm）调制信号领域，且迭代算法会增加计算量；还有方案利用不同窗函数抑制回波信号的旁瓣干扰，并在仿真实验分析中得出海明窗具有最好的旁瓣衰减能力，布莱克曼窗具有最好的积累旁瓣电平指标和信噪比，但不同应用场景和不同性能指标下窗函数性能不同，需要基于情况具体分析。

4、上述方案通常都是应用于雷达和通信等领域，而在水声高精度目标成像方面，对距离维旁瓣抑制问题研究较少，针对水下复杂环境的影响，特别是强目标和弱目标距离较近时，容易产生强目标对弱目标的遮挡效应，导致弱目标无法被有效检测识别。而随着水下无人化设备的发展，水下目标小型化和编队化趋势，对声呐探测成像的距离维也提出了新的挑战，需要加强水声探测目标识别领域距离维旁瓣抑制的研究。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法及系统，用以解决现有技术中在水下目标识别中，针对强弱目标相互影响，强目标对弱目标造成较强遮挡，导致弱目标无法有效识别的缺陷，改善强目标对弱目标的遮挡效应，有效区分识别近距离的强弱目标，以增强水下目标识别对应的成像效果。

2、第一方面，本发明提供一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法，包括：

3、向待测目标发射信号，接收回波信号；

4、分别获取所述发射信号的发射频域共轭信号，以及所述回波信号的回波频域信号；

5、基于所述发射频域共轭信号与所述回波频域信号，获得匹配滤波频域输出信号；

6、利用所述发射信号的自相关函数和窗函数，得到旁瓣抑制滤波器的全频域响应信号；

7、将所述全频域响应信号和所述匹配滤波频域输出信号经过所述旁瓣抑制滤波器处理，得到旁瓣抑制滤波器时域输出结果；

8、基于所述旁瓣抑制滤波器时域输出结果，得到目标识别增强结果。

9、根据本发明提供的一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法，向待识别目标发射信号，接收回波信号，包括：

10、确定发射信号为：

11、

12、其中，，与分别表示中心频率与采样频率，表示发射信号幅度，，表示信号带宽，表示信号持续时长；

13、确定回波信号为：

14、

15、其中，表示回波信号幅度，表示信号时延。

16、根据本发明提供的一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法，分别获取所述发射信号的发射频域共轭信号，以及所述回波信号的回波频域信号，包括：

17、对所述发射信号进行快速傅里叶变换并取共轭，得到所述发射频域共轭信号；

18、对所述回波信号进行快速傅里叶变换，得到所述回波频域信号。

19、根据本发明提供的一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法，基于所述发射频域共轭信号与所述回波频域信号，获得匹配滤波频域输出信号，包括：

20、将所述发射频域共轭信号与所述回波频域信号相乘，得到所述匹配滤波频域输出信号。

21、根据本发明提供的一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法，利用所述发射信号的自相关函数和窗函数，得到旁瓣抑制滤波器的全频域响应信号，包括：

22、在时域对自相关函数取窗函数，得到时域自相关函数的期望响应函数，对期望响应函数进行快速傅里叶变换，得到期望响应频域信号；

23、对自相关函数进行快速傅里叶变换，得到窗函数频域信号；

24、将期望响应频域信号与窗函数频域信号相除，得到全频域响应信号。

25、根据本发明提供的一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法，将所述全频域响应信号和所述匹配滤波频域输出信号经过所述旁瓣抑制滤波器处理，到旁瓣抑制滤波器时域输出结果之前，还包括：

26、将全频域响应信号经过带通滤波器进行滤波处理，得到带通滤波后的全频域响应信号；

27、其中，所述带通滤波器的带宽等于信号带宽。

28、根据本发明提供的一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法，将所述全频域响应信号和所述匹配滤波频域输出信号经过所述旁瓣抑制滤波器处理，得到旁瓣抑制滤波器时域输出结果，包括：

29、将带通滤波后的全频域响应信号与匹配滤波频域输出信号相乘后经过所述旁瓣抑制滤波器处理，输出旁瓣抑制滤波器频域输出结果；

30、对旁瓣抑制滤波器频域输出结果进行快速傅里叶逆变换，获得旁瓣抑制滤波器时域输出结果。

31、第二方面，本发明还提供一种基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强系统，包括：

32、确定模块，用于向待测目标发射信号，接收回波信号；

33、第一处理模块，用于分别获取所述发射信号的发射频域共轭信号，以及所述回波信号的回波频域信号；

34、第二处理模块，用于基于所述发射频域共轭信号与所述回波频域信号，获得匹配滤波频域输出信号；

35、第三处理模块，用于利用所述发射信号的自相关函数和窗函数，得到旁瓣抑制滤波器的全频域响应信号；

36、第四处理模块，用于将所述全频域响应信号和所述匹配滤波频域输出信号经过所述旁瓣抑制滤波器处理，得到旁瓣抑制滤波器时域输出结果；

37、识别模块，用于基于所述旁瓣抑制滤波器时域输出结果，得到目标识别增强结果。

38、第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法。

39、第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标增强方法。

40、本发明提供的基于距离维旁瓣抑制的匹配滤波目标识别方法及系统，通过对向水下待识别目标的发射信号和对接收的回波信号进行频域变换，并在匹配滤波频域输出维设计旁瓣抑制滤波器，与匹配滤波器进行综合应用，能有效改善强目标在近距离对弱目标的遮挡效应，抑制匹配滤波器旁瓣影响，提升弱目标检测性能，大幅提升目标成像质量。