CN116400335A - 一种水平阵主动声纳目标回波检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水平阵主动声纳回波检测方法及系统，所述方法包括：使用水平阵接收主动声呐的阵元域数据；获取主动声纳的时延‑方位二维扫描结果；将扫描结果输入固定门限或恒虚警检测器获取检测输出集合；对检测器输出集合进行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类。本发明的优势在于：相对传统的时延维度的检测，利用了回波空间维度的分布信息；可以有效判别阈值检测输出结果中的杂波和目标回波，进而剔除杂波干扰；很好的处理了跨越时延或方位分辨率单元导致单目标回波多检测结果的问题。

Description

一种水平阵主动声纳目标回波检测方法及系统

技术领域

本发明属于水声信号处理技术领域，具体涉及一种水平阵主动声纳目标回波检测方法及系统。

背景技术

近年来，各类水下航行器在海域中活动频繁，水下目标的探测能力提升方面需求迫切。然而，随着水下航行器减震降噪技术的提升和消声瓦的普及装备，被动声呐和高频主动声呐的探测效能严重下降，低频主动探测成为探测安静型水下航行器的重要方式。

目标回波检测是主动探测信号处理链条中的重要环节。水平阵主动探测信号处理中，通常对波束形成后的波束输出进行匹配滤波，然后采用固定阈值或根据背景自适应调整阈值的恒虚警检测器来检测目标回波信号。然而，经过上述处理后的检测结果远超过实际目标数量，原因如下：首先，当静态阈值设置较低或者恒虚警检测器的期望虚警概率设置较高时，检测器输出中包含了大量的杂波；其次，目标回波信号强度较高时，可以跨越多个时延分辨率单元；再次，经过双程声传播的回波信号存在多途效应，单个目标回波会形成连续的脉冲串，形成多个检测输出；最后，当阵列孔径较短、方位扫描较密时，回波的方位扩展可能跨越方位分辨单元。

因此，目前常规的主动声呐回波检测方法的检测器输出结果无法正确反映目标数量，且受杂波影响严重，难以稳健的在真实海洋环境中输出正确的检测结果。现有的方法中，部分检测算法考虑了回波的多途效应，但还是无法处理跨分辨单元的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术主动声呐回波检测方法的检测器输出结果无法正确反映目标数量，且受杂波影响严重，难以稳健的在真实海洋环境中输出正确的检测结果的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提出了一种水平阵主动声纳目标回波检测方法，所述方法包括：

步骤1：利用水平阵接收主动声呐信号，对各阵元接收的声压数据进行傅里叶变换得到声压频域数据；

步骤2：对各阵元声压频域数据进行频域波束形成，获取各扫描方位的波束输出；再根据发射信号对各方位的波束输出进行匹配滤波，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位二维扫描结果；

步骤3：对时延-方位二维扫描结果进行固定门限检测或者恒虚警检测，得到检测器的输出集合；

步骤4：对检测器输出集合执行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类，完成水平阵主动声纳目标回波检测。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1具体为：

将水平阵接收的声压数据x(t)进行傅里叶变换得到各个阵元的频域信号X(ω)：

X(ω)＝[X₁(ω)，X₂(ω)，...，X_L(ω)]

其中，ω＝2πf为角频率，f为频率，L为水平阵的阵元数。

作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体为：

根据波束形成的加权系数w(ω，θ)计算各个方位的波束输出P_B(ω，θ)：

P_B(ω，θ)＝w(ω，θ)^HX(ω)

其中，H表示向量的共轭转置，θ表示扫描方位；

将发射的探测波形作为拷贝信号对各个方位的波束输出进行匹配滤波，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位扫描结果P_B，MF(t，θ)：

其中，ω_max为探测信号的频率上限，ω_min为探测信号的频率下限，S^*(ω)表示发射信号傅里叶变换的共轭，i表示虚数单位，t表示时间，|·|表示虚数的模。

作为上述方法的一种改进，所述步骤3具体为：

将时延-方位扫描结果P_B，MF(t，θ)输入检测器，得到的检测器输出集合表示为S＝[(θ₁，τ₁)，(θ₂，τ₂)，...，(θ_n，τ_n)]，其中θ_n是第n个检测器输出的方位，τ_n是第n个检测器输出点的时延。

作为上述方法的一种改进，所述步骤4具体为：

初始化核心点集合Ω为空，目标回波序号k＝0，设定最小邻域点数M；遍历S中的检测点，如果相邻检测点数量小于M，则标记为杂波；如果检测点为新的核心检测点，则将其加入核心点集合Ω，目标回波序号加1，并将其所有密度相连的检测点都标记为当前回波序号，表示这些核心点都来自同一个回波；

遍历所有检测点后，根据检测点的标记对检测结果进行分类；被标记为杂波的检测点分配到杂波类；未被标记为杂波的检测点，按照标记的回波序号分配到对应的回波类。

作为上述方法的一种改进，所述相邻检测点和核心检测点的判断标准为：

设定密度聚类参数最小邻域范围∈；

对于检测器输出集合S，第n个检测点与第i个检测点之间的距离定义为：

其中，i≠n，a和b为标准化系数；若d_n，i＜∈，则第i个检测点是第n个检测点的相邻检测点；若第n个检测点的相邻检测点的数量大于等于M，则该检测点为核心检测点，将检测点中与该点密度相连的点归为该类；

作为上述方法的一种改进，所述检测器为单元平均恒虚警检测器，处理过程为：

首先，根据信道多途长度的先验信息设置保护单元长度；然后，设置训练单元长度，估计待检测单元附近的噪声强度；最后，根据背景噪声和期望的虚警概率得到待检测单元的检测阈值，与待检测单元的幅度对比检测信号，超过阈值的待检测单元认为有信号。

作为上述方法的一种改进，所述密度聚类算法为DBSCAN。

本发明还提供一种水平阵主动声纳目标回波检测系统，所述系统包括：

信号采集模块，用于利用水平阵接收主动声呐信号，对各阵元接收的声压数据做傅里叶变换得到声压频域数据；

信号处理模块，用于对各阵元声压频域数据进行频域波束形成，获取各扫描方位的波束输出；再根据发射信号对各方位的波束输出进行匹配滤波，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位二维扫描结果；

检测器模块，用于对时延-方位二维扫描结果进行固定门限检测或者恒虚警检测，得到检测器的输出集合；

密度聚类模块，用于对检测器输出集合执行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类，完成水平阵主动声纳目标回波检测。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1.本发明的方法通过对时延-方位二维检测结果进行密度聚类，可充分利用时延和方位两个维度的信息，相对传统的时延维度的检测，利用了回波空间维度的分布信息；

2.本发明的方法可以有效判别阈值检测输出结果中的杂波和目标回波，进而剔除杂波干扰。

3.本发明的方法通过密度聚类，将跨分辨单元的检测结果进行融合，很好的处理了跨越时延或方位分辨率单元导致单目标回波多检测结果的问题。

附图说明

图1所示为一种水平阵主动声纳目标回波检测方法流程图；

图2所示为检测器时延-方位二维检测输出仿真结果示意图；

图3所示为对检测器输出执行密度聚类寻找核心检测点示意图；

图4所示为本发明的一种应用场景示意图；

图5所示为双基地主动探测部署情况示意图；

图6所示为主动声纳数据经过波束形成和匹配滤波后的时延-方位二维扫描结果示意图；

图7所示为方位177°的波束输出示意图；

图8所示为时延17.8时，各个方位的波束输出示意图；

图9所示为经过恒虚警检测输出的检测结果示意图；

图10所示为密度聚类输出结果示意图；

图11所示为剔除低密度杂波后的输出结果示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种水平阵主动声纳目标回波检测方法及系统，首先，使用水平阵接收主动声呐的阵元域数据；然后，利用波束形成和匹配滤波器获取主动声纳的时延-方位二维扫描结果；然后，将扫描结果输入固定门限或恒虚警检测器获取检测输出集合，包括目标回波和杂波；最后，对检测器输出集合进行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明方法包括以下步骤：

步骤1：利用水平阵接收主动声呐信号，对各阵元接收的声压数据做傅里叶变换得到声压频域数据；

接收一个信号处理周期的数据后，水听器阵列接收的数据通过波束形成器进行空间滤波。首先，将水平阵接收阵元域信号x(t)进行傅里叶变换可得到各个阵元的频域信号：

X(ω)＝[X₁(ω)，X₂(ω)，...，X_L(ω)] (1)

其中，ω＝2πf为角频率，f为频率，L为水平阵的阵元数。

步骤2：对各阵元声压频域数据进行频域波束形成，获取各扫描方位的波束输出；再根据发射信号对各方位的波束输出进行匹配滤波(脉冲压缩)，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位二维扫描结果；

根据波束形成的加权系数w(ω，θ)，计算各个方位的波束输出：

P_B(ω，θ)＝w(ω，θ)^HX(ω) (2)

其中，H表示向量的Hermitian(共轭)转置，θ表示扫描方位。

然后将发射的探测波形作为拷贝信号对各个方位的波束输出进行匹配滤波，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位扫描结果：

其中，ω_max为探测信号的频率上限，ω_min为探测信号的频率下限，S^*(ω)表示发射信号傅里叶变换的共轭，i表示虚数单位，t表示时间，|·|表示虚数的模。

步骤3：对时延-方位二维扫描结果进行固定门限检测或者恒虚警检测，得到检测器的输出集合S＝[(θ₁，τ₁)，(θ₂，τ₂)，...，(θ_n，τ_n)]，其中θ_n是第n个检测器输出的方位，τ_n是第n个检测器输出点的时延；

主动探测从到达时延-方位扫描结果P_B，MF(t，θ)中检测峰值信号需要将脉冲信号幅度与检测门限比较。恒虚警(Constant False-Alarm Rate，CFAR)检测技术根据待检测单元周围的背景噪声级自适应地调整检测门限，相对固定检测门限的检测器更加灵活，适用于混响级随传播距离变化的海洋环境。本发明中以单元平均恒虚警检测器(Cell-Averaging Constant False-Alarm Rate，CA-CFAR)为例进行说明，其他相似的检测器可以达到类似的效果。首先，根据信道多途长度的先验信息设置保护单元长度，避免信号展宽的部分泄露到训练单元中。然后，设置训练单元长度，估计待检测单元附近的噪声强度。最后，根据背景噪声和期望的虚警概率得到待检测单元的检测阈值，与待检测单元的幅度对比检测信号，超过阈值的待检测单元认为有信号。根据不同环境条件和性能需求还可选用其他类型的恒虚警检测器。

将时延-方位扫描结果P_B，MF(t，θ)输入检测器，得到的检测器输出集合表示为S＝[(θ₁，τ₁)，(θ₂，τ₂)，...，(θ_n，τ_n)]，其中θ_n是第n个检测器输出的方位，τ_n是第n个检测器输出点的时延。图2给出了某种情况下检测器时延-方位二维检测输出仿真结果，其中106°方位、13～14s时延存在一个目标回波。在该示例中，假设了目标回波存在多途效应，导致单个目标产生多个峰值检测结果。通过图2可以明显看出，目标回波产生的检测点分布密度高于杂波引起的虚警检测点分布密度。

步骤4：对检测器输出集合S执行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类，完成水平阵主动探测回波检测。

对方位-时延二维检测结果进行聚类是本发明的重要组成部分。本发明中具体采用的密度聚类算法为DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applicationswith Noise)，其他相同原理的密度聚类方法可以达到类似的效果。

对检测器输出集合S执行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类，具体实现过程包括：

给定检测器输出集合S＝[(θ₁，τ₁)，(θ₂，τ₂)，...，(θ_n，τ_n)]，设置密度聚类参数最小邻域范围∈和最小邻域点数M。

第n个检测点与第i个检测点(i≠n)之间的距离定义为

其中a和b为标准化系数。若d_n，i＜∈，则第i个检测点是第n个检测点的相邻检测点。若第n个检测点的相邻检测点的数量大于等于M，则该检测点为核心检测点，将检测点中与该点密度相连的点归为该类。

密度相连是指存在样本集合D中的一点o，如果对象o到对象p和对象q都是密度可达的，那么p和q密度相连。

密度可达是指对于样本集合D，给定一串样本点p₁，p₂…，p_n，p＝p₁，q＝p_n，假如对象p从p_i-1直接密度可达，那么对象q从对象p密度可达。

直接密度可达是指对于样本集合D，如果样本点q在p的∈邻域内，并且p为核心对象，那么对象q从对象p直接密度可达。

∈邻域：给定对象半径为∈内的区域称为该对象的E邻域。

具体搜索流程为：初始化核心点集合Ω为空，目标回波序号k＝0；遍历S中的检测点，如果相邻检测点数量小于M，则标记为杂波；如果检测点为新的核心检测点，则将其加入核心点集合Ω，目标回波序号加1，并将其所有密度相连的检测点都标记为当前回波序号，表示这些核心点都来自同一个回波。

遍历所有回波检测结果后，根据检测点的标记对检测结果进行分类。被标记为杂波的检测点分配到杂波类；未被标记为杂波的检测点，按照标记的回波序号分配到对应的回波类。图3给出了执行核心点搜索的示例，其中粗箭头所指向的是核心点的示例，该点对应邻域∈＝0.4内的检测点超过了最小点数M＝3，因此判定为核心点，并将所有密度相连的点归为一类。对于不与任何核心点相连的点判定并标记为杂波。

在主动声纳中，本发明的方法能够有效降低主动声呐回波检测的虚警概率，海洋环境中的杂波与目标回波的检测输出具有不同的分布密度，通过密度聚类可剔除杂波引起的检测输出，并对回波的检测输出进行分类。

本发明还提供了一种水平阵主动声纳目标回波检测系统，该系统包括：

信号采集模块，用于采集水平阵的声信号，将其转换为数字信号，并转发给信号处理模块。

信号处理模块，用于对接收到的多通道声信号进行傅里叶变换得到频域信号。

空域和时域滤波模块，用于对多通道频域声信号进行波束形成和匹配滤波处理，得到时延-方位扫描二维结果。

检测器模块，用于对时延-方位二维扫描进行峰值检测。

密度聚类模块，对检测器输出集合进行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类。

在一个实验数据算例分析中，以一种典型的应用场景为例，说明本发明方法和系统的具体实施方式。图4给出了本发明的一种双基地主动探测的应用场景，海底水平阵用于接收目标回波信号，声源船采用吊放大功率吊放声源，目标可能为水面船和水下目标。主动声呐的发射换能器发射探测脉冲后，目标的散射声波经过传播后被水平接收阵接收。

2018年4月，在南海进行了一次基于海底水平阵的双基地主动探测海上实验。实验部署情况如图5所示，此次实验由实验1号、实验2号和配合进行，实验2号负责吊放声源的准备调试和发射记录工作；实验1号负责随位置实时调整船的姿态，以目标强度较大的姿态进行实验。通过两船和岸基的充分配合，实验顺利获取大量有效数据，可用于验证本发明所提方法的有效性。探测信号为频带400-500Hz、脉宽20s的HFM信号。

图6给出了某次实验数据经过波束形成和匹配滤波处理后得到的时延-方位扫描结果，可以观察到强度很大的直达波信号，如果采用固定阈值的检测器将会造成很多超过阈值的虚警检测点。在方位177。，时延17.8s左右存在强度较高的回波信号1，在方位192°，时延8s左右存在相对较弱的回波信号2。

图7给出了方位177°，时延17.8s左右的波束输出，可以看出回波信号的多途导致单个回波信号具有多个脉冲峰，同时较强的回波能量使单个脉冲峰跨越了分辨单元。图8给出了时延17.8s时，不同方位的波束输出，明显看出回波信号存在跨方位分辨的特性。

图9是图6所示时延-方位二维扫描结果经过CA-CFAR恒虚警检测器后的检测输出，其中检测器的保护单元数设置为20，训练单元数设置为200，期望虚警概率设置为10^-4。可以看出，该参数条件下的检测器的输出集合中，两个回波形成的检测点密度较高，但同时存在较多杂波形成的虚警。

针对浅海环境的回波方位和时延扩展特征，聚类的标准化系数均设置为1，密度聚类的邻域∈设置为1，最小点数设置为5。将图9所示恒虚警检测输出集合输入密度聚类算法后得到的密度聚类输出结果如图10所示。图中标记“□”表示密度聚类后分类得到的直达波，标记“×”表示密度聚类得到的目标回波1对应的检测点，标记“·”表示低密度的杂波。可以看出，利用密度聚类对检测输出结果处理后，可以很好的利用检测点的分布密度判断杂波和目标回波，同时完成了直达波、目标回波检测点的分类。

图11为剔除低密度杂波后的检测结果，从图可以看出本发明方法可以很好的消除低密度杂波的影响。

本发明还可提供的一种计算机设备，包括：至少一个处理器、存储器、至少一个网络接口和用户接口。该设备中的各个组件通过总线系统耦合在一起。可理解，总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。

其中，用户接口可以包括显示器、键盘或者点击设备。例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。

可以理解，本申请公开实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

在一些实施方式中，存储器存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统和应用程序。

其中，操作系统，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序，包含各种应用程序，例如媒体播放器(Media Player)、浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本公开实施例方法的程序可以包含在应用程序中。

在本上述的实施例中，还可通过调用存储器存储的程序或指令，具体的，可以是应用程序中存储的程序或指令，处理器用于：

执行上述方法的步骤。

上述方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行上述公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合上述公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本发明描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(ProgrammableLogic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本发明的功能模块(例如过程、函数等)来实现本发明技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

本发明还可提供一种非易失性存储介质，用于存储计算机程序。当该计算机程序被处理器执行时可以实现上述方法实施例中的各个步骤。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种水平阵主动声纳目标回波检测方法，所述方法包括：

步骤1：利用水平阵接收主动声呐信号，对各阵元接收的声压数据进行傅里叶变换得到声压频域数据；

步骤2：对各阵元声压频域数据进行频域波束形成，获取各扫描方位的波束输出；再根据发射信号对各方位的波束输出进行匹配滤波，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位二维扫描结果；

步骤3：对时延-方位二维扫描结果进行固定门限检测或者恒虚警检测，得到检测器的输出集合；

步骤4：对检测器输出集合执行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类，完成水平阵主动声纳目标回波检测。

2.根据权利要求1所述的水平阵主动声纳目标回波检测方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

将水平阵接收的声压数据x(t)进行傅里叶变换得到各个阵元的频域信号X(ω)：

X(ω)＝[X₁(ω)，X₂(ω)，...，X_L(ω)]

其中，ω＝2πf为角频率，f为频率，L为水平阵的阵元数。

3.根据权利要求2所述的水平阵主动声纳目标回波检测方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

根据波束形成的加权系数w(ω，θ)计算各个方位的波束输出P_B(ω，θ)：

P_B(ω，θ)＝w(ω，θ)^HX(ω)

其中，H表示向量的共轭转置，θ表示扫描方位；

将发射的探测波形作为拷贝信号对各个方位的波束输出进行匹配滤波，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位扫描结果P_B，MF(t，θ)：

其中，ω_max为探测信号的频率上限，ω_min为探测信号的频率下限，S^*(ω)表示发射信号傅里叶变换的共轭，i表示虚数单位，t表示时间，|·|表示虚数的模。

4.根据权利要求3所述的水平阵主动声纳目标回波检测方法，其特征在于，所述

步骤3具体为：

将时延-方位扫描结果P_B，MF(t，θ)输入检测器，得到的检测器输出集合表示为S＝[(θ₁，τ₁)，(θ₂，τ₂)，...，(θ_n，τ_n)]，其中θ_n是第n个检测器输出的方位，τ_n是第n个检测器输出点的时延。

5.根据权利要求4所述的水平阵主动声纳目标回波检测方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

初始化核心点集合Ω为空，目标回波序号k＝0，设定最小邻域点数M；遍历S中的检测点，如果相邻检测点数量小于M，则标记为杂波；如果检测点为新的核心检测点，则将其加入核心点集合Ω，目标回波序号加1，并将其所有密度相连的检测点都标记为当前回波序号，表示这些核心点都来自同一个回波；

遍历所有检测点后，根据检测点的标记对检测结果进行分类；被标记为杂波的检测点分配到杂波类；未被标记为杂波的检测点，按照标记的回波序号分配到对应的回波类。

6.根据权利要求5所述的水平阵主动声纳目标回波检测方法，其特征在于，所述相邻检测点和核心检测点的判断标准为：

设定密度聚类参数最小邻域范围∈；

对于检测器输出集合S，第n个检测点与第i个检测点之间的距离定义为：

其中，i≠n，a和b为标准化系数；若d_n，i＜∈，则第i个检测点是第n个检测点的相邻检测点；若第n个检测点的相邻检测点的数量大于等于M，则该检测点为核心检测点，将检测点中与该点密度相连的点归为该类。

7.根据权利要求1所述的水平阵主动声纳目标回波检测方法，其特征在于，所述检测器为单元平均恒虚警检测器，处理过程为：

首先，根据信道多途长度的先验信息设置保护单元长度；然后，设置训练单元长度，估计待检测单元附近的噪声强度；最后，根据背景噪声和期望的虚警概率得到待检测单元的检测阈值，与待检测单元的幅度对比检测信号，超过阈值的待检测单元认为有信号。

8.根据权利要求1所述的水平阵主动声纳目标回波检测方法，其特征在于，所述密度聚类算法为DBSCAN。

9.一种水平阵主动声纳目标回波检测系统，所述系统包括：

信号采集模块，用于利用水平阵接收主动声呐信号，对各阵元接收的声压数据做傅里叶变换得到声压频域数据；

信号处理模块，用于对各阵元声压频域数据进行频域波束形成，获取各扫描方位的波束输出；再根据发射信号对各方位的波束输出进行匹配滤波，得到各个方位的匹配滤波输出，即时延-方位二维扫描结果；

检测器模块，用于对时延-方位二维扫描结果进行固定门限检测或者恒虚警检测，得到检测器的输出集合；

密度聚类模块，用于对检测器输出集合执行密度聚类，剔除低分布密度的杂波检测结果，并且对高分布密度的目标回波信号进行分类，完成水平阵主动声纳目标回波检测。

Images