基于多分辨谱特征提取的鱼雷攻击目标检测

李斌

摘 要：为了提高鱼雷的攻击目标检测能力，提出基于多分辨谱特征提取的鱼雷攻击目标检测方法。采用主动探测方法构建鱼雷攻击目标的发射信号和回波信号模型，对回波信号采用小波降噪方法进行滤波处理，提高回波信号的信噪比，提取鱼雷对敌攻击目标回波探测信号的多分辨谱特征量，根据特征的聚焦性进行空间波束形成处理，结合方位估计和多普勒估计方法实现对目标方位的准确估计，采用联合参量分析和谱峰检测方法，实现对鱼雷攻击目标的准确检测和目标方位识别。仿真结果表明，采用该方法进行鱼雷攻击目标检测的抗干扰能力较强，准确检测概率较高，具有很好的目标检测和识别能力。

关键词： 多分辨谱特征提取;鱼雷;攻击;目标检测;信号

【Abstract】 In order to improve the attack target detection ability of the torpedo， a target detection method based on multi-resolution spectral feature extraction is proposed. The active detection method is used to construct the transmit signal and echo signal model of the target， the echo signal is filtered and processed by wavelet denoising method， the signal-to-noise ratio of the echo signal is improved， the multi-resolution spectral characteristic of the echo detection signal of the enemy target is extracted， the spatial beam performance is processed according to the focus of the feature， and the azimuth estimation and Doppler estimation method are combined to realize the accurate estimation of the target azimuth. The joint parameter analysis and spectral peak detection method are used to realize the accurate detection of the target and the recognition of the target azimuth. The simulation results show that this method has strong anti-interference ability， high accurate detection probability and good target detection and recognition ability.

【Key words】  multi-resolution spectral feature extraction; torpedo; attack; target detection; signal

0 引 言

随着水下探测制导技术的快速发展，鱼雷的智能性越來越好，鱼雷在进行水下攻击过程中，通过声呐基阵发射探测脉冲信号，对目标进行有效探测和检测识别，探测目标信号通过目标回波发射的特征量，进行目标的准确检测识别，从而触发控制段实现精准制导和目标攻击，研究鱼雷的目标检测识别方法，在整个鱼雷的智能化设计中具有重要意义，相关的目标检测算法研究受到人们的极大关注[1]。

对鱼雷攻击目标检测是建立在对目标回波探测信号的特征分析和滤波处理基础上，在强海水背景干扰下，提取鱼雷目标回波信号的探测脉冲量，根据脉冲的谱峰特征进行信号检测识别[2-3]，文献[4]中提出基于回波盲源分离的水中兵器攻击目标检测算法，提取回波信号的高阶谱特征，结合回波探测脉冲识别方法进行鱼雷攻击目标检测，但该方法进行目标检测和抗干扰性不好。文献[5]中提出基于自相关匹配滤波的水下目标检测方法，采用滤波检测方法进行信号的抗干扰处理，但该方法的计算开销较大，对目标检测的实时性不好。针对上述问题，本文提出基于多分辨谱特征提取的鱼雷攻击目标检测方法。采用主动探测方法构建鱼雷攻击目标的发射信号和回波信号模型，对回波信号采用小波降噪方法进行滤波处理，提高回波信号的信噪比，提取鱼雷对敌攻击目标回波探测信号的多分辨谱特征量，根据特征的聚焦性进行空间波束形成处理，结合方位估计和多普勒估计方法实现对目标方位的准确估计，采用联合参量分析和谱峰检测方法，实现对鱼雷攻击目标的准确检测和目标方位识别。最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高鱼雷攻击目标检测能力方面的优越性能。

1 信号模型及滤波预处理

1.1 鱼雷攻击目标的发射及回波信号模型

为了实现鱼雷攻击目标检测，采用主动探测方法构建鱼雷攻击目标的发射信号和回波信号模型，鱼雷攻击目标的发射信号采用声呐传感基阵进行多分布集成输出控制，采用多分辨的波束阵列形成方法，进行鱼雷攻击目标的发射信号的集成处理，发射信号的离散量为xn，信号回波的期望响应为dn，采用高阶频谱特征监测方法，进行鱼雷攻击目标的发射信号和统计特性，假设攻击目标为水下潜艇，采用声呐脉冲探测方法，获得回波信号，为提高方位分辨力和抗混响能力，采用Wigner-Vill分布检测方法，得到鱼雷攻击目标的发射信号的冲激响应为：

3 仿真实验与结果分析

为了测试本文方法在实现鱼雷攻击目标检测中的应用性能，进行仿真实验，实验建立在Matlab 7仿真工具基础上，鱼雷攻击目标信号采集的最大的频率为5 Hz，初始频率0 Hz，截止频率5 KHz，时宽100 ms，模糊训练集为200，自适应滤波的迭代步数为1 000，根据上述仿真参量设定，进行目标检测仿真分析，给出目标回波信号波形如图3所示。

以图3的信号为输入，对回波信号采用小波降噪方法进行滤波处理，提高回波信号的信噪比，信号滤波输出如图4所示。

分析图4得知，采用本文方法进行鱼雷对敌攻击目标信号的检测，对回波信号的滤波性能较好，信号的纯度得到有效提升，在此基础上，采用联合参量分析和谱峰检测方法，实现对鱼雷攻击目标的准确检测和目标方位识别，得到目标检测输出如图5所示。

分析图5得知，采用本文方法能有效实现鱼雷攻击目标检测，对目标方位估计的空间分辨能力较好，抗干扰能力较强，测试不同方法进行鱼雷攻击目标检测的准确性，得到准确检测概率曲线如图6所示。

分析图6得知，采用本文方法进行鱼雷攻击目标检测的准确性较高，具有很好的目标检测和识别能力。

4 结束语

通过目标检测提高鱼雷的主动攻击能力，本文提出基于多分辨谱特征提取的鱼雷攻击目标检测方法。采用主动探测方法构建鱼雷攻击目标的发射信号和回波信号模型，对回波信号采用小波降噪方法进行滤波处理，提高回波信号的信噪比，提取鱼雷对敌攻击目标回波探测信号的多分辨谱特征量，根据特征的聚焦性进行空间波束形成处理，结合方位估计和多普勒估计方法实现对目标方位的准确估计，采用联合参量分析和谱峰检测方法，实现对鱼雷攻击目标的准确检测和目标方位识别。分析表明，采用本文方法进行鱼雷攻击目标检测的抗干扰能力较强，准确检测概率较高，具有很好的目标检测和识别能力，优化了鱼雷的攻击效能。

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