1.加权宽带时反算子分解多目标声成像方法,该方法包括如下步骤:(1)建立坐标系;设P个换能器组成的收发合置线阵,垂直放置在水中,以线阵为z轴,水平方向为r轴建立坐标系,水面为坐标原点,第一个换能器距水面的深度为z1,第P个换能器距水面的深度为zP;
(2)将换能器阵列接收到数据快拍排列成列向量,并根据预定采样频率对每个数据快拍进行采样yi(n)=[y1i(n)…ypi(n)…yPi(n)]H,p=1,…,P,i=1,…,M,n表示时刻,H表示转置,M表示数据快拍数;
(3)对采样后的信号进行短时傅里叶变换,n时刻可表示为
其中ω表示角频率,w(l)为窗口函数序列,L为窗函数的长度;
(4)将所有的M个数据快拍排列成矩阵
则时反算子为
K(ω)=Y(ω)YH(ω);
(5)将时反算子划分为Q个子带,进行奇异值分解:K(ωq)=U(ωq)Λ(ωq)V*(ωq),q=1,…,Q (3)其中ωq表示第q个子带对应的角频率,Q为子带的个数。
(6)输出各子带非相干累加后的特征值与水平距离r的函数曲线,根据最大特征值的曲线判断包含目标的时间窗所对应的时反算子Ko(ωq),所对应的特征值Λo(ωq)以及特征向量Uo(ωq)和Vo*(ωq);
(7)设置阈值,根据特征值Λo(ωq),q=1,…,Q的变化趋势判断信号子空间,假设信号子空间的个数为T;
(8)根据特征值Λo(ω)设计加权系数,找出信号子空间的特征值λt(ωq),q=1,…,Q在频率维的最大值 t=1,…T,其余各子带的特征值与最大值 的比值为加权系数:
(9)将感兴趣的空间区域划分为网格,网格的交点即为假定目标所在的位置(r,z),其中r表示假定目标距收发合置阵的水平距离,z表示假定目标的水深;
(10)根据成像方法所面临的水声环境,确定所适用的传播模型,分别得到假定目标与收发合置阵之间的传递向量g(r,z,ωq)=[g1(z1,r,z,ωq)…gp(zp,r,z,ωq)…gP(zP,r,z,ωq)]T,其中gp(zp,r,z,ωq)表示假定目标与第p个换能器之间的传递函数。
(11)各个信号子空间,各个子带的模糊度函数为:It(r,z,ωq)=|gH(r,z,ωq)ut(ωq)|2,q=1,...,Q,t=1,...,T (5)其中ut(ωq)表示第t个信号子空间第q个子带特征值λt(ωq)对应的特征向量,H表示共轭转置;
(12)提取所有信号子空间,各个子带模糊度函数的最大值Itmax(r,z,ωq)及其对应的声场空间位置(rtmax(ωq),ztmax(ωq));
(13)将所有子带的声场空间位置(rtmax(ωq),ztmax(ωq))整理为一个集合Ω(rtmax(ωq),ztmax(ωq)),并重新定义模糊度函数:
(14)先将所有子带的模糊度函数进行加权累加,再将所有信号子空间的结果进行累加:将最终结果呈现为空间图
像。