专利名称：一种基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法
技术领域：
本发明涉及传声器阵列信号处理技术领域，特别涉及一种基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法。
背景技术：
空气中高速运动目标的噪声检测一直是备受关注的问题。高速运动目标的空气噪声检测存在信噪比低，噪声线谱多普勒频移大等不易检测和跟踪的问题。因为对于运动目标，当声源与接收传感器之间存在相对运动时，传感器接收到的信号存在多普勒频移。由于空气中声速远小于水中声速，故运动目标在空气中测量时传感器接收到的信号多普勒频移比水中测量结果要大近5倍左右，目标相对运动速度越大、频率越高，那么多普勒频移就越大。虽然大的多普勒频移利于分析目标运动参数，但空气中声波的传播衰减较大，同时与目标频率成正比，频率越高声衰减越大，接收信噪比越低。大的多普勒频移和低信噪比给目标检测带来了困难，使得通用的线谱增强技术使用效果较差。通常低信噪比环境中对微弱运动目标的检测采用自适应线谱增强技术。自适应线谱增强方法从频域上讲是一种中心频率可调的窄带滤波器，能有效地使系统输出信号中线谱分量具有较大的信噪比。但存在收敛速度慢和抑制高斯噪声能力弱的缺点。在某些非线性系统中，随机共振技术通过转化部分噪声能量为信号能量达到提高输出信噪比的效果。基于高阶累积量的自适应线谱增强方法具有较强抑制高斯有色噪声的能力。但它们在跟踪低信噪比大多普勒线谱信号时，仿真结果表明上述方法面临跟踪性能较差、计算量大的缺点。

发明内容
本发明的目的在于，本发明提出一种基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法，以便提高由于杂波污染而模糊不清的目标频谱的辨识灵敏度。为实现上述发明目的，一种基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法，该方法对淹没在背景噪声中的微弱目标通过频谱跟踪形式完成数据关联和轨迹探测；首先确定线谱搜索范围，按照谱线分布形式，计算线谱搜索区域内的所有可行轨迹得分，最高得分状态可确定为该状态终止的最优线谱轨迹，通过向前追踪在每个处理阶段已得出的状态值，即可恢复线谱轨迹；该方法的具体步骤包括步骤1)获取传声器阵列数据信号，对接收的数据信号进行预处理，然后计算信号的时频谱；步骤2)根据所述的步骤1)获得的时频谱分布和目标噪声的先验知识确定线谱跟踪的频段范围，并由此确定跟踪搜索区域；步骤幻根据所述的步骤幻得到的跟踪搜索区域内的线谱能量，确定线谱强度检测阈值；以线谱强度检测阈值为依据判断线谱跟踪的起止时刻；步骤4)根据目标的先验知识及其运动速度估计其多普勒频移大小，确定频谱轨迹分布函数；步骤幻根据所述的步骤4)确定的频谱轨迹分布函数来进行线谱检测跟踪；在时 频谱的谱图中，线谱表示信号在频域范围内幅度峰值所形成的轨迹。沿着目标运动轨迹进 行累积所得信号能量必然最大，由此可定义线谱跟踪问题，为求解最优状态转移序列的决 策问题，即通过求得分泛函K(J)最大值，得到线谱变化轨迹。
权利要求
1. 一种基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法，该方法对淹没在背景噪声中的微弱目标通过频谱跟踪形式完成数据关联和轨迹探测；首先确定线谱搜索范围，按照谱线分布形式，计算线谱搜索区域内的所有可行轨迹得分，最高得分状态可确定为该状态终止的最优线谱轨迹，通过向前追踪在每个处理阶段已得出的状态值，即可恢复线谱轨迹；该方法的具体步骤包括步骤1)获取传声器阵列数据信号，对接收的数据信号进行预处理，然后计算信号的时频谱；步骤幻根据所述的步骤1)获得的时频谱分布和目标噪声的先验知识确定线谱跟踪的频段范围，并由此确定跟踪搜索区域；步骤；3)根据所述的步骤幻得到的跟踪搜索区域内的线谱能量确定线谱强度检测阈值；以线谱强度检测阈值为依据判断线谱跟踪的起止时刻；步骤4)根据目标先验知识及其运动速度估计目标多普勒频移大小确定频谱轨迹分布函数；步骤幻根据所述的步骤4)确定的频谱轨迹分布函数来进行线谱检测跟踪；即定义线谱跟踪问题为求解最优状态转移序列的决策问题；通过求得分泛函K(J)最大值得到线谱变化轨迹； 式(1)中，J= {s(0),s(D,......,s(n)},s(i)代表i时刻目标频谱状态向量，满足马尔可夫过程；将目标频谱状态的新息按马尔可夫随机游动过程建模，通过分段最优化解决目标检测的穷举搜索问题；对于一阶模型，线谱轨迹J的全程得分泛函可以分解为
2.根据权利要求1所述的基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法，其特征在于，所述的步骤1)中，预处理包括数据滤波。
3.根据权利要求1所述的基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法，其特征在于，所述的步骤1)中，对数字信号按照下式计算信号的周期谱；
全文摘要
本发明涉及一种基于动态规划的微弱目标频谱跟踪方法，该方法对淹没在背景噪声中的微弱目标通过频谱跟踪形式完成数据关联和轨迹探测；首先确定线谱搜索范围，按照谱线分布形式，计算线谱搜索区域内的所有可行轨迹得分，最高得分状态可确定为该状态终止的最优线谱轨迹，通过向前追踪在每个处理阶段已得出的状态值，即可恢复线谱轨迹；通过动态规划的线谱跟踪方法利用一种单一的优化过程完成数据互联和轨迹探测，从而提高目标频谱的辨识灵敏度，进而完成对微弱信号的检测和跟踪。实际工作中的得分泛函是可加形式的，一条状态转移路径的得分值由累加每次转移的得分计算。工作中将线谱轨迹得分泛函与广义似然比相结合以增强其处理非高斯噪声的能力。
文档编号G01S7/539GK102279399SQ20101061525
公开日2011年12月14日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月25日
发明者尹力, 薛山花, 黄勇, 黄海宁 申请人:中国科学院声学研究所