CN103235312A

CN103235312A - 目标回波强度测量方法

Info

Publication number: CN103235312A
Application number: CN2013100946697A
Authority: CN
Inventors: 赵安邦; 何呈; 胡新欢; 惠娟; 周彬; 宋雪晶; 赵智姗; 牛芳; 陈阳; 崔化超
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN103235312B

Abstract

本发明的目的在于提供目标回波强度测量方法，包括：在目标上放置应答器，在测量端布置收发合置换能器；测量端向目标发射宽带测量信号；测量端在经历声波传输到目标、然后再次返回到测量端的时间后将接收到目标和应答器的回波信号，将此回波存储起来；对第i个应答器的回波进行时间反转处理，在信号的前端添加宽频信号，最后发射给目标；在接收到回波后，将接收到的信号与之前发射的信号做卷积，测量第i个应答器峰值P_i；针对除第i个应答器之外的其他应当器，分别重复上述步骤，将应答器的回波改成目标的回波，测量出目标回波的峰值，最终求得目标强度。本发明降低了测量过程中的诸多干扰和测量误差，提高了目标强的测量精度。

Description

目标回波强度测量方法

技术领域

本发明涉及的是一种水下目标测量方法。

背景技术

一个目标的准确目标强度值对探测系统的设计、目标探测、识别、跟踪具有十分重要的意义。很多目标的特性可以通过目标强度来获取。研究目标反射强度随着方位角变化的规律具有很高的意义。对于自导系统的设计来说，了解最小反射强度的意义是，在最不利条件下有一定的作用距离。目标隐形技术处理的效果也需要利用目标在处理前后目标强度的变化来检验。

目标强度的测量是入射声波与目标相互作用而产生的，由于水下测量的复杂性，目标强度容易受到测量信号频率，入射声波的方向，目标的形状、大小、结构、反射特性，声纳脉冲宽度，目标的姿态，声源与目标的相对位置，水下混响，温度，海底和海面反射，以及各种测量误差等因素的影响。经过多年的研究，人们发现即使针对同一个目标，在不同的时刻测得的差异也很大，即使在同一时刻，由不同的人员操作所测得的结果也很悬殊，起伏多达十几个dB。如何将目标强度这一特征量测量得稳定且准确是难点。

目前，很多资料主要是研究反射特性的变化趋势和各种效应，或者是用作其粗略的估算，而对准确测量一直未做深入研究。如今，目标强度的测量主要有三种方法，常规法、缩比模型法、应答法。常规法需要精确估算传播损耗，因而即使在现场进行了传播测试，也会由于传播起伏而使该方法精度很低。缩比模型法，使用光及超声反射研究，然后将测量结果换算到实艇上，这种间接测量方法在一定程度上验证了目标反射特性的理论研究结果，同时，这种测量方法对研究目标反射特性起到了积极的作用，然而与实际复杂目标的测量相比还具有很大差距。“应答法”通过在目标上安置应答器和水听器的来进行测量，测量精度相对较好，而经过试验研究发现，实际取得的精度仍有限，起伏大，无法满足实际需要。

综上所述精确稳定的目标强度测量方法有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供提高测量精度、降低误差的目标回波强度测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明目标回波强度测量方法，其特征是：

（1）在目标上放置N个应答器，在测量端布置收发合置换能器；

（2）测量端向目标发射宽带测量信号；

（3）测量端在经历声波传输到目标、然后再次返回到测量端的时间后将接收到目标和应答器的回波信号，将此回波存储起来；

（4）对其中第i个应答器的回波进行时间反转处理，并在信号的前端添加幅度大于目标回波的最大幅度的宽频信号，最后发射给目标；

（5）在接收到回波后，将接收到的信号与步骤（1）发射的信号做卷积，测量第i个应答器峰值P_i；

（6）针对N个应答器中除第i个应答器之外的其他应当器，分别重复步骤（1）～（5）；

（7）将步骤（4）中应答器的的回波改成目标的回波，测量出目标回波的峰值P_T；

（8）得出目标强度TS：

TS = \frac{10}{3} \log (\frac{P_{T}^{N}}{Π_{i = 1}^{N} P_{i}}) + B

式中，B为应答增益。

本发明还可以包括：

1、所述的应当器的布置在目标的回波亮点位置。

2、所述的添加的幅度大于目标回波的最大幅度的宽频信号与测量信号频率间隔大于1kHz，且在时域上错开，错开的时间为大于水下声传播即水声信道的相干时间。

本发明的优势在于：本发明使用主动时间反转镜技术，从而尽可能地降低了信道起伏对测量的影响。为降低测量误差，采用多个应答器进行应答，并将最终测量后的结果取平均，进一步提高测量精度。应答器布放在目标的亮点位置附近，能够起到更好的参照作用，可以进一步降低误差。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为水下测量示意图；

图3a为应答器布放示意图a，图3b为应答器布放示意图b；

图4为应答器工作流程图；

图5为测量端的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，本发明目标强度测量方法包括以下步骤：

（1）在目标上放置多个应答器；

（2）测量端向目标发射宽带测量信号；

（4）对其中一个应答器的回波进行时间反转处理，并在信号的前端添加幅度幅度大于目标回波的最大幅度的宽频信号，最后发射给目标；

（5）一定时间以后将接收到回波，将接收到的信号与步骤（1）发射的信号做卷积，测量峰值P_i（i为应答器编号）；

（7）最后将步骤（4）中应答器的的回波改成目标的回波，测量出目标回波的峰值P_T；

（8）通过以上步骤，则目标强度可以由以下公式得出。

TS = \frac{10}{3} \log (\frac{P_{T}^{N}}{Π_{i = 1}^{N} P_{i}}) + B

式中，N为应答器的个数，B为应答增益（单位dB）。

进一步，本发明各个应答器不同时应答，而采用时分的方法间隔开来；应答器布放在目标的亮点位置附近，同时以不影响目标的回波特性；步骤（4）中所添加的宽带信号与步骤（1）中测量使用的宽带信号频率间隔大于1kHz，并在时域上错开，错开时间为大于水下声传播即水声信道的相干时间，减小对测量信号造成干扰。

结合图2，给出水平布放示意图，海底和海面的垂直距离为H米，测量使用收发合置换能器，并与目标处于同一水平线上，应答器处于目标上方较近位置。在试验过程中使用多个应答器以便取得较好的效果。测量时为避免多个应答器的应答信号彼此干扰，应答器在接收到信号之后，分别延迟不同的时间进行应答，以使这些信号在时间轴上彼此错开。应答器的具体工作流程可以参照图4。首先应答器通过发双α滤波器检测信号的能量，若超过一定的阈值则认为测量端发送的信号到来，这时存储此后时间长度为T的信号，存储完之后延迟时间t_i（i为应答器的编号），最后将所存储的信号发送回去，完成应答过程。

根据研究发现任何一个复杂目标都可以等效成若干散射亮点的组合，因此任何复杂目标完全可以使用有限的几个应答器模拟。图3给出了一个应答器布放实例，为测量椭球状目标所使用的应答器布放示意图，应答器放置在了目标亮点位置的上方。

由于目标强度为目标的远场特性标量，所以在测量时测量系统应处于目标的远场位置，即L≥D²/λ，式中D位目标的特征线度，λ为波长。

图5为测量端的流程图，首先对目标发射宽带信号，经过应答器和目标返回回波后，对回波进行取反后再次对目标发射。由于海底混响的作用，测量端接收到的回波信号会被延长，且随着时间幅度会越来越小。若取反后直接发射信号，则会由于幅度小而导致在应答器端很难触发所设定的监测阈值，从而导致应答器第二次接收的信号不完整。为便于触发应答器开始存储信号，测量端在发射时间反转的回波前，先发送一段幅度大的宽频信号。然后，测量端将第二次的回波信号与最初发射的宽带信号的时间反转做相关运算，会出现相关峰，记录此峰值。假设具有N个应答器则需要进行N+1次这样的操作过程，其中前N次针对应答器的回波做时间反转，最后一次对目标的回波做时间反转。将这些峰值进行换算，则可以计算出目标的峰值。

Claims

1.目标回波强度测量方法，其特征是：

（2）测量端向目标发射宽带测量信号；

（8）得出目标强度TS：

TS = \frac{10}{3} \log (\frac{P_{T}^{N}}{Π_{i = 1}^{N} P_{i}}) + B

式中，B为应答增益。

2.根据权利要求1所述的目标回波强度测量方法，其特征是：所述的应当器的布置在目标的回波亮点位置。

3.根据权利要求1或2所述的目标回波强度测量方法，其特征是：所述的添加的幅度大于目标回波的最大幅度的宽频信号与测量信号频率间隔大于1kHz，且在时域上错开，错开的时间为大于水下声传播即水声信道的相干时间。