本发明涉及一种提高主动目标检测信噪比的方法，尤其适用于主动目标的检测使用的提高主动目标检测信噪比的方法。
背景技术：
信号检测是声呐、雷达等探测设备的一项重要工作。主动声呐或雷达发射某特定形式的声波或电磁波，并对目标的反射回波进行信号检测、特征提取，从而实现对主动目标的定位、分类和跟踪。经典检测理论指出，在白色高斯噪声背景中检测已知信号的最佳接收机是匹配滤波器，它也是声呐等很多检测系统中常用的、最基本的接收机。匹配滤波器的响应函数是被匹配信号u(t)的延迟共轭镜像波形，则u(t)也称为匹配滤波器的拷贝信号或参考信号。对于一般输入信号r(t)，匹配滤波器的输出是y(t)＝rvu(t0-t)，其中，rvu为信号r(t)对u(t)的互相关值。t＝t0时，y(t0)＝rvu(0)，因此匹配滤波器相当于一个能计算互相关函数的互相关器。
在实际应用中，拷贝信号u(t)一般为主动声呐或雷达系统中的发射信号。但由于复杂的信道影响、严重的背景干扰等原因，且近年来主动目标声隐身能力有了长足进步，将常规的匹配滤波方法用于主动目标检测已不能满足主动检测系统的功能要求。如何改进主动目标的检测能力，尤其是匹配滤波处理的性能，是目前研究的热点问题之一。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术的不足，提供一种提高主动目标检测信噪比的方法，该方法通过拷贝信号的优化设计，有效提高匹配滤波结果的信噪比，从而提高主动目标的检测能力。
为实现上述技术目的，本发明的提高主动目标检测信噪比的方法，使用主动声呐向水中发射声信号，此信号在水中传播时遇到主动目标产生回波信号，其发射信号选取为线性调频信号或双曲调频信号，发射信号的脉宽为t秒，下限频率为f1赫兹，上限频率为f2赫兹，主动声呐系统的采样频率为fs赫兹，声波在水中的传播速度为c米/秒；主动目标的径向速度为v米/秒，尺度为l米；接收信号的信噪比为a分贝；
步骤如下：
首先设定主动目标的尺度范围，并在主动目标的尺度范围内抽取m个尺度值；然后设定主动目标的速度范围，并从该范围内抽取n个速度值；利用主动声呐发射信号所构成的时间序列x构造序列xi；将序列xi进行变采样处理以获得对应于每一个速度的拷贝信号序列xij；之后将主动声呐发射上述发射信号后接收的回波信号序列r与拷贝信号序列xij进行匹配滤波操作并取最大值得到一个大小为m×n的矩阵；矩阵中的最大值位置第m行和第n列即为匹配峰值最大的位置；利用序列xi构造序列y，对序列y进行变采样处理获得拷贝信号序列u；将主动目标检测系统接收的回波信号序列r与拷贝信号序列u进行匹配滤波操作，即可提高主动目标检测的信噪比。
所述主动目标的尺度范围为len1～len2，并从该范围内抽取的m个尺度值分别为li＝len1 i*(len2-len1)/(m-1)，i＝0,1,...,m-1，待测主动目标的尺度不超过下边界len1和上边界len2的范围；主动目标的速度范围为vel1～vel2，抽取n个速度值，分别为vj＝vel1 j*(vel2-vel1)/(n-1)，j＝0,1,...,n-1，其速度范围为下边界vel1到上边界vel2之间。
利用公式：xi＝x1i x2i，其中
序列xi，i＝0,1,...,m-1进行变采样处理以获得对应于每一个速度vj的拷贝信号序列xij：采样率由fs变为fsc/(c-2vj)，j＝0,1,...,n-1；
将主动声呐接收的回波信号序列r与拷贝信号序列xij进行匹配滤波操作，并取其最大值maxij，i＝0,1,...,m-1，j＝0,1,...,n-1；由此得到一个大小为m×n的矩阵为：
序列y＝y1 y2，其中，
可以将前期所有拷贝信号都存储下来，并直接选取u＝xmn作为拷贝信号，或者将序列y进行变采样处理重新产生该拷贝信号并应用，以避免将xij，i＝0,1,...,m-1，j＝0,1,...,n-1全部存储下来，从而减少存储资源的占用。
有益效果：本发明是在一定范围内对主动目标的尺度信息和速度信息进行搜索，并由此对拷贝信号进行优化设计，占用存储资源少，能够有效提高主动目标检测的信噪比。
附图说明
图1为本发明提高主动目标检测信噪比的方法的流程图；
图2为以发射信号作为拷贝信号的匹配滤波结果和本发明所述的优化拷贝信号的匹配滤波结果的对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：
如图1所示，本发明的提高主动目标检测信噪比的方法，使用主动声呐向水中发射声信号，此信号在水中传播时遇到主动目标产生回波信号，其发射信号选取为线性调频信号或双曲调频信号，发射信号的脉宽为t秒，下限频率为f1赫兹，上限频率为f2赫兹，主动声呐系统的采样频率为fs赫兹，声波在水中的传播速度为c米/秒；主动目标的径向速度为v米/秒，尺度为l米；接收信号的信噪比为a分贝；
步骤如下：
首先设定主动目标的尺度范围，主动目标的尺度范围为len1～len2，并从该范围内抽取的m个尺度值分别为li＝len1 i*(len2-len1)/(m-1)，i＝0,1,...,m-1，待测主动目标的尺度不超过下边界len1和上边界len2的范围；主动目标的速度范围为vel1～vel2，抽取n个速度值，分别为vj＝vel1 j*(vel2-vel1)/(n-1)，j＝0,1,...,n-1，其速度范围为下边界vel1到上边界vel2之间；
然后设定主动目标的速度范围，并从该范围内抽取n个速度值；利用主动声呐发射信号所构成的时间序列x构造序列xi，利用公式：xi＝x1i x2i，其中
将序列xi，i＝0,1,...,m-1进行变采样处理以获得对应于每一个速度vj的拷贝信号序列xij：采样率由fs变为fsc/(c-2vj)，j＝0,1,...,n-1。通过仿真软件生成拷贝信号，如利用matlab中的resample实现变采样，其内部算法涉及fir滤波器设计和速率转换，也可以以
之后将主动声呐接收的回波信号序列r与拷贝信号序列xij进行匹配滤波操作，并取其最大值maxij，i＝0,1,...,m-1，j＝0,1,...,n-1；由此得到一个大小为m×n的矩阵为：
矩阵中的最大值位置第m行和第n列即为匹配峰值最大的位置；
利用序列xi构造序列y，对序列y进行变采样处理获得拷贝信号序列u；序列y＝y1 y2，其中，
将主动目标检测系统接收的回波信号序列r与拷贝信号序列u进行匹配滤波操作，即可提高主动目标检测的信噪比；可以直接将前期所有拷贝信号都存储下来，并选取u＝xmn作为拷贝信号，或者利用上一步骤重新产生该拷贝信号并应用，以避免将xij，i＝0,1,...,m-1，j＝0,1,...,n-1全部存储下来，从而减少存储资源的占用。
实施例一：
假设主动声呐的发射信号为线性调频信号，脉宽为1秒，下限频率为950hz，上限频率为1050hz，主动声呐系统的采样频率fs为20khz，声波在水中的传播速度c为1500米/秒；主动目标的径向速度为2米/秒，尺度为100米；接收信号的信噪比为-20db。按照以下步骤来提高主动目标检测的信噪比：
(1)设定主动目标的尺度范围为20米～200米，并在该范围内等间隔采样，得到91个尺度值，分别为li＝(20 i*2)米，i＝0,1,...,90；
(2)构造序列xi＝x1i x2i，其中
(3)设定主动目标的速度范围为-15米/秒～15米/秒，并在该范围内等间隔采样，得到61个速度值，分别为vj＝(-15 j*0.5)米/秒，j＝0,1,...,60；
(4)将序列xi，i＝0,1,...,90进行变采样处理，即采样率由fs变为fsc/(c-2vj)，j＝0,1,...,60，获得对应于每一个速度vj的拷贝信号xij；
(5)将回波信号序列r与拷贝信号序列xij进行匹配滤波操作，并取其最大值maxij，i＝0,1,...,90，j＝0,1,...,60，由此得到一个大小为91×61的矩阵
(6)搜索矩阵max中的最大值max，得到其在矩阵的位置为第m行和第n列，其中m和n会因为每次实验中噪声的不完全相同而有所变化；
(7)构造序列y＝y1 y2，其中
(8)将回波信号序列r与(7)中的拷贝信号序列u进行匹配滤波操作。图2是以发射信号作为拷贝信号的匹配滤波结果和本发明所述的优化拷贝信号的匹配滤波结果的对比图。如图中圆圈标注所示，对拷贝信号进行优化设计后，在其匹配滤波结果中更容易辨别出回波信号的有无，并获得回波信号的到达时间；与以发射信号作为拷贝信号的传统匹配滤波结果相比，能够有效提高主动目标的检测效果。
1.一种提高主动目标检测信噪比的方法，使用主动声呐向水中发射声信号，此信号在水中传播时遇到主动目标产生回波信号，其发射信号选取为线性调频信号或双曲调频信号，其特征在于：发射信号的脉宽为t秒，下限频率为f1赫兹，上限频率为f2赫兹，主动声呐系统的采样频率为fs赫兹，声波在水中的传播速度为c米/秒；主动目标的径向速度为v米/秒，尺度为l米；接收信号的信噪比为a分贝；
步骤如下：
首先设定主动目标的尺度范围，并在主动目标的尺度范围内抽取m个尺度值；然后设定主动目标的速度范围，并从该范围内抽取n个速度值；利用主动声呐发射信号所构成的时间序列x构造序列xi；将序列xi进行变采样处理以获得对应于每一个速度的拷贝信号序列xij；之后将主动声呐发射上述发射信号后接收的回波信号序列r与拷贝信号序列xij进行匹配滤波操作并取最大值得到一个大小为m×n的矩阵；矩阵中的最大值位置第m行和第n列即为匹配峰值最大的位置；利用序列xi构造序列y，对序列y进行变采样处理获得拷贝信号序列u；将主动目标检测系统接收的回波信号序列r与拷贝信号序列u进行匹配滤波操作，即可提高主动目标检测的信噪比。
2.根据权利要求1所述的提高主动目标检测信噪比的方法，其特征在于：所述主动目标的尺度范围为len1～len2，并从该范围内抽取的m个尺度值分别为li＝len1 i*(len2-len1)/(m-1)，i＝0,1,...,m-1，待测主动目标的尺度不超过下边界len1和上边界len2的范围；主动目标的速度范围为vel1～vel2，抽取n个速度值，分别为vj＝vel1 j*(vel2-vel1)/(n-1)，j＝0,1,...,n-1，其速度范围为下边界vel1到上边界vel2之间。
3.根据权利要求1所述的提高主动目标检测信噪比的方法，其特征在于利用公式：xi＝x1i x2i，其中
4.根据权利要求1所述的提高主动目标检测信噪比的方法，其特征在于：序列xi，i＝0,1,...,m-1进行变采样处理以获得对应于每一个速度vj的拷贝信号序列xij：采样率由fs变为fsc/(c-2vj)，j＝0,1,...,n-1。
5.根据权利要求1所述的提高主动目标检测信噪比的方法，其特征在于：将主动声呐接收的回波信号序列r与拷贝信号序列xij进行匹配滤波操作，并取其最大值maxij，i＝0,1,...,m-1，j＝0,1,...,n-1；由此得到一个大小为m×n的矩阵为：
6.根据权利要求1所述的提高主动目标检测信噪比的方法，其特征在于：序列y＝y1 y2，其中，
7.根据权利要求5所述的提高主动目标检测信噪比的方法，其特征在于：可以将前期所有拷贝信号都存储下来，并直接选取u＝xmn作为拷贝信号，或者将序列y进行变采样处理重新产生该拷贝信号并应用，以避免将xij，i＝0,1,...,m-1，j＝0,1,...,n-1全部存储下来，从而减少存储资源的占用。
技术总结