CN105911537B - 一种减小主动声纳探测盲区的方法 - Google Patents

一种减小主动声纳探测盲区的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种减小主动声纳探测盲区的方法，在一个实施例中，该方法包括：S10，分别针对不同的探测距离，主动声纳在一次脉冲周期内连续发射不同长度的子脉冲；S20，接收机接收回波，并对其进行处理，得到所述不同的探测距离上的目标信息。该方法不但减小了主动声纳远距离探测时盲区的影响，而且能够在一次发射中更新整个最大探测距离内的目标信息，提高了主动探测效率及对不同速度运动目标的探测能力；另外，该方法还有效提高了对整个测程范围内的检测概率。除此之外，该方法仅仅改变了主动声纳发射脉冲方式和回波处理方式，不需要增加额外设备，实现成本低，具有潜在的应用价值。

Description

一种减小主动声纳探测盲区的方法
技术领域
本发明涉及声纳和雷达技术领域，尤其涉及一种减小主动声纳探测盲区的方法。
背景技术
在声纳和雷达领域，通常需要考虑盲区问题。以收发合置主动声纳为例，产生盲区的一个原因是由于主动发射脉冲需要在脉冲时间长度T后才离开换能器表面，发射信号会直接进入接收水听器，所造成的盲区距离为dB＝cT/2，c为声速。另一原因是由于水体、界面等反射所产生强混响，使近距离目标淹没在混响背景中。上述原因都使得接收机检饱和、检测性能下降，形成盲区。
典型声纳的T值一般为几毫秒至几秒。当T很小时，引起的盲区范围很小，影响不大，但是为了达到远距离探测，需要增大T以获得更高的时间增益，此时的盲区的影响就不能够被忽略。因此，传统主动声纳工作时一般按作用距离分为若干档，采用不同时间长度的脉冲进行探测，近距离时发射短脉冲，远距离时发射长脉冲。这一方法的缺点在于，每次发射只能针对特定距离范围实现最优检测，需要多个脉冲周期才能覆盖整个测程的探测，目标数据更新慢，尤其不适合对高速运动目标的探测。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种方法，使主动声纳能够减小远距离探测时盲区的影响，在一个脉冲周期内实现不同探测距离上的优化检测，更新整个最大测程范围内的目标信息，提高探测效率，提 高对不同运动目标的探测能力。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种减小主动声纳探测盲区的方法，包括：S10，分别针对不同的探测距离，主动声纳在一次脉冲周期内连续发射不同长度的子脉冲；S20，接收机接收回波，并对其进行处理，得到所述不同的探测距离上的目标信息。
优选地，所述不同长度的子脉冲采用码分和/或频分设计。
优选地，所述分别针对不同的探测距离，主动声纳在一次脉冲周期内连续发射不同长度的子脉冲时，采取的发射方式为：短子脉冲在前，长子脉冲在后。
优选地，所述分别针对不同的探测距离，主动声纳在一次脉冲周期内连续发射不同长度的子脉冲，包括：S101，确定一次脉冲周期内发射的最短子脉冲的长度及脉冲串中所有子脉冲的总长度；S102，确定一次脉冲周期内发射的脉冲串中子脉冲的总数量及每个子脉冲的长度；S103，基于所述步骤S101和步骤S102中的数据设计所有子脉冲；S104，确定所述脉冲串的子脉冲号；S105，基于所述子脉冲号，所述脉冲串中的子脉冲在时间上连续发射。
进一步优选地，所述确定一次脉冲周期内发射的最短子脉冲的长度及脉冲串中所有子脉冲的总长度，具体为：根据系统所能接受的最大盲区，确定一次脉冲周期内发射的最短子脉冲的长度；根据系统所能接受的更新速率，确定在一个脉冲周期内发射的脉冲串中所有子脉冲的总长度。
进一步优选地，所述脉冲串中的子脉冲之间相位连续。
进一步优选地，所述脉冲串中的子脉冲在时间上连续发射，具体为：所述脉冲串中的子脉冲通过线性功率放大器在时间上连续放射。
优选地，所述接收机接收回波，并对其进行处理，得到所述不同的探测距离上的目标信息，具体为：接收机接收回波，然后分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测，得到所述不同探测距离上的目标信息，再将 其融合获得探测范围内完整的目标信息。
进一步优选地，所述接收机接收回波，然后分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测之后，还包括后处理，具体为：对相干检测结果的零时刻进行调整。
进一步优选地，所述接收机接收回波，然后分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测，得到所述不同探测距离上的目标信息，再将其融合获得探测范围内完整的目标信息，具体为：所述接收机接收回波，然后在不同探测距离范围内以子脉冲为副本，对回波进行匹配滤波处理，得到探测范围内的完整的目标信息。
进一步优选地，所述接收机接收回波，然后分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测，得到所述不同探测距离上的目标信息，再将其融合获得探测范围内完整的目标信息，具体为：所述接收机接收回波，然后在不同探测距离范围内以子脉冲拼接后的脉冲为副本，对回波进行匹配滤波处理，得到探测范围内的完整目标信息。
本发明的优点：
1、减小主动声纳在远距离探测时盲区的影响，缩短更新目标信息所需时间，提高探测效率。
2、只需在传统声纳基础上改变主动声纳发射脉冲方法及接收机信号处理方法，不需要增加额外设备，实现成本低。
3、发射脉冲串中的子脉冲拼合灵活、方便，能够有效提高对整个测程范围内的检测概率。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明实施例一提供的减小主动声纳探测盲区方法流程示意图；
图2为本发明实施例一提供的主动声纳发射脉冲流程示意图；
图3为本发明实施例二提供的主动声纳发射子脉冲的方法示意图；
图4为本发明实施例二提供的接收机回波处理与显示方法示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不用于限制本发明的保护范围。
本部分对本发明中所使用到的操作方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用方法是本领域公知的。
实施例一
图1示出了本发明实施例一提供的减小主动声纳探测盲区方法流程示意图。如图1所述，该方法包括以下步骤：
S10，分别针对不同的探测距离，主动声纳在一次脉冲周期内连续发射不同长度的子脉冲。
优选地，为了各个子脉冲之间互不相关，主动声纳在一次脉冲周期内发射的脉冲串中的各个不同长度的子脉冲采用码分和/或频分设计。为进一步达到减少主动脉冲对系统探测盲区的影响，主动声纳在一次脉冲周期内连续发射不同长度的子脉冲时，采取的发射方式为：短子脉冲在前，长子脉冲在后。
具体地，图2示出了本发明实施例一提供的主动声纳发射脉冲流程示意图，如图2所示，主动声纳发射脉冲前和发射时所包括的步骤如下：
S101，确定一次脉冲周期内发射的最短子脉冲的长度及脉冲串中所有子脉冲的总长度。
具体地，根据系统所能接受的最大盲区，确定在一次脉冲周期内发射 的最短子脉冲的长度，即确定在一次发射中最短子脉冲的长度。另外，根据系统所能接受的更新速率，确定在一个脉冲周期内发射的脉冲串中所有子脉冲的总长度。为有利于后续回波处理过程中，子脉冲组合的相关检测，需要在发射脉冲时，脉冲串中的子脉冲之间相位连续，此时，确定在一个周期内发射的脉冲串中所有子脉冲的总长度，即确定在一个脉冲周期内发射的脉冲串的总长度。
S102，确定一次脉冲周期内发射的脉冲串中子脉冲的总数量及每个子脉冲的长度。
具体地，根据系统指标确定一次脉冲周期内发射的脉冲串中子脉冲的总数量及每个子脉冲的长度。
S103，基于所述步骤S101和步骤S102中的数据设计所有子脉冲。
具体地，根据步骤S101和步骤S102中确定的相关数据，采用码分和/或频分设计所有脉冲，即采用码分和/或频分设计设计一次脉冲周期内发射的脉冲串中的所有子脉冲。
S104，确定所述脉冲串的子脉冲号。
具体地，在确定脉冲串的子脉冲号时，为有利于后续回波处理过程中，子脉冲组合的相关检测，尽可能使得脉冲串中的子脉冲之间相位连续。
S105，所述脉冲串中的子脉冲在时间上连续发射。
具体地，为使得脉冲串中的子脉冲组合在功率上放大，脉冲串中的子脉冲通过线性功率放大器在时间上连续放射。
S20，接收机接收回波，并对其进行处理，得到所述不同的探测距离上的目标信息。
具体地，接收机接收回波，然后分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测，得到所述不同探测距离上的目标信息，再将其融合获得探测范围内完整的目标信息。在实际操作过程中，可以采取的处理方式为：接收机接收回波，然后在不同探测距离范围内以子脉冲为副本，对回波进行匹 配滤波处理，得到探测范围内的完整的目标信息。除此之外，还可以采取的另外一种处理方式为：接收机接收回波，然后在不同探测距离范围内以子脉冲拼接后的脉冲为副本，对回波进行匹配滤波处理，得到探测范围内的完整目标信息。以不同子脉冲或不同子脉冲的拼接来获得不同探测距离范围内的检测，使得一次发射就能完成所有探测距离范围内的探测。
需要指出的是，分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测之后，还包括后处理，具体为：对相干检测结果的零时刻进行调整。主动声纳是以发射脉冲往返的时间计算距离。例如，在一个脉冲周期内，发射的脉冲串中一共三个子脉冲，分别为：短子脉冲、中子脉冲、长子脉冲。在脉冲发射过程中，短子脉冲先发射，它的发射时刻为零；中子脉冲的发射时刻即为短子脉冲的脉宽，在利用中子脉冲计算距离时则需要减去短子脉冲的脉宽的往返时间，长脉冲也是如此。上述处理过程就是零时刻调整，或零时刻对齐。
本发明提供的一种减小主动声纳探测盲区的方法，通过一次发射不同长度且互不相关的脉冲序列；在接收端，接收机采用分别针对各子脉冲波形进行相干检测，各子脉冲之间互不干扰，且分别在特定的距离上实现优化检测。该方法不但减小了主动声纳远距离探测时盲区的影响，而且能够在一次发射中更新整个最大探测距离内的目标信息，提高了主动探测效率及对不同速度运动目标的探测能力；在回波处理阶段，发射脉冲串中的子脉冲拼合灵活、方便，能够有效提高对整个测程范围内的检测概率。除此之外，不需要增加额外设备，实现成本低，具有潜在的应用价值。
为更好的理解本发明提供的技术方案，下述以一个具体实例说明应用本发明上述实施例提供的减小主动声纳探测盲区的方法进行探测的具体过程。
实施二
图3示出了本发明实施例二提供的主动声纳发射子脉冲的方法示意图，图中TP为主动声纳的工作脉冲周期，即一个脉冲周期为TP。P1、P2、P3为一个脉冲周期TP内连续发射的长度不同的三个子脉冲：长子脉冲、中子脉冲、短子脉冲，分别对应于不同的探测距离：远程、中程和近程。为了上述三个子脉冲之间互不相关，三个子脉冲采用码分和/或频分设计。为进一步减少主动声纳的探测盲区，发射时采取短子脉冲在前，长子脉冲在后的发射方式。
图4示出了本发明实施例二提供的接收机回波处理与显示方法示意图。如图4所示，在接收端，来自脉冲波束形成后的回波数据，接收器分别针对三个子脉冲先进行相干检测处理，再经过后处理，然后显示。如图4所示，显示区域被分为三部分：远程、中程和近程。分别选取P1、P2、P3的处理结果。图中的后处理包括对三个检测结果的零时刻进行调整，使目标距离信息能够被准确显示。
需要说明的是，由于三个子脉冲互不相关且不在同一频率上，因此，长子脉冲P1所引起的混响不会影响对中子脉冲P2和短子脉冲P3的检测，同时，中子脉冲P2引起的混响也不影响对短子脉冲P3的检测，而由短子脉冲P3引起的混响很小。另外，接收机在短子脉冲P3发射完毕后即开始工作，因此，此时系统的盲区仅为短子脉冲P3直达波所造成的盲区。
在现有技术中，对不同距离探测是按远程、中程和近程顺序工作的，即需分三次完成整个测程的检测，而本发明实施例提供的方法，能够通过一次发射脉冲就能获得整个测程上的探测结果，因此，本发明实施例提供的方法，缩短了更新目标信息所需时间，提高了探测效率。除此之外，因此采用了短子脉冲在前，长子脉冲在后的发射方式，且各子脉冲互不相干，减小了主动声纳在远距离探测时盲区的影响。本发明提供的方法，只需要在传统声纳基础上改变主动声纳发射脉冲方法及接收机信号处理方法，不需要增加额外设备，实现成本低，具有巨大的潜在应用价值。
上述实施例是在本发明技术方案为前提下，给出的详细实施减小主动声纳探测盲区的过程，但本发明的保护范围不限于上述实施例。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
以上所述的具体实施方式，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，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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。

Claims (5)

1.一种减小主动声纳探测盲区的方法，其特征在于，所述方法包括：
S10，分别针对不同的探测距离，主动声纳在一次脉冲周期内发射包含有预先采用码分和/或频分设计的不同长度子脉冲的脉冲串,具体包括:
S101，确定一次脉冲周期内发射的最短子脉冲的长度及脉冲串中所有子脉冲的总长度；
S102，确定一次脉冲周期内发射的脉冲串中子脉冲的总数量及每个子脉冲的长度；
S103，基于所述步骤S101和步骤S102中的数据设计所有子脉冲；
S104，确定所述脉冲串的子脉冲号；
S105，基于所述子脉冲号，所述脉冲串中的子脉冲在一个脉冲周期内相位连续发射；
S20，接收机接收回波，然后分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测，各子脉冲之间互不干扰，且分别在特定的距离上实现优化检测，得到所述不同探测距离上的目标信息，
其中，在不同探测距离范围内以子脉冲为副本，对回波进行匹配滤波处理，在一次发射中完成所有探测距离范围内的探测，得到探测范围内完整的目标信息；
或者，在不同探测距离范围内以子脉冲拼接后的脉冲为副本，对回波进行匹配滤波处理，在一次发射中完成所有探测距离范围内的探测，得到探测范围内完整的目标信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲串中子脉冲的发射方式为：短子脉冲在前，长子脉冲在后。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定一次脉冲周期内发射的最短子脉冲的长度及脉冲串中所有子脉冲的总长度，具体为：
根据系统所能接受的最大盲区，确定一次脉冲周期内发射的最短子脉冲的长度；根据系统所能接受的更新速率，确定在一个脉冲周期内发射的脉冲串中所有子脉冲的总长度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲串中的子脉冲在时间上连续发射，具体为：所述脉冲串中的多个子脉冲通过线性功率放大器在时间上连续发射。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收机接收回波，然后分别针对所述不同长度的子脉冲进行相干检测之后，还包括后处理，具体为：对相干检测结果的零时刻进行调整。
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