水聲目標(biāo)特征分析與識別技術(shù)
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中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 水聲目標(biāo)識別技術(shù)是一種利用聲吶接收的被動目標(biāo)輻射噪聲、主動目標(biāo)回波以及其他傳感器信息提取目標(biāo)特征并判別目標(biāo)類型或艦型的信息處理技術(shù)，為人類海洋經(jīng)濟與軍事活動提供重要決策依據(jù)。隨著人類在海洋中的活動日益頻繁，水聲目標(biāo)識別技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用，如漁業(yè)生產(chǎn)作業(yè)、海洋搜救、海底勘測、各種調(diào)查和科學(xué)研究等；其軍事應(yīng)用更為突出，第二次世界大戰(zhàn)以來，已成為水聲領(lǐng)域的重要研究方向，世界海軍強國十分重視該技術(shù)的研究。從?20?世紀(jì)?60?年代開始，美、英、法、日、蘇（俄）等國家就一直在水聲目標(biāo)識別相關(guān)研究工作中給予大量投入。美國國防部（DoD）專題預(yù)算長期對水聲目標(biāo)識別技術(shù)資助研究。美國國防高級研究項目局（DARPA）將“檢測、分類新技術(shù)”列為“被動聲吶信號處理”中最需要的技術(shù)之一。英國國防研究局（DRE）和?LOGICA?公司專門開發(fā)了聲吶分類驗證系統(tǒng)?SoCS?及數(shù)據(jù)融合驗證系統(tǒng)，用于支持聲吶目標(biāo)分類識別等技術(shù)的研究。
根據(jù)所利用信息的不同，目標(biāo)識別主要分為被動目標(biāo)識別、主動目標(biāo)識別和多傳感器綜合目標(biāo)識別等。實際海上水聲目標(biāo)信號的獲取與識別的一般模型如圖?1?所示。
圖 1 水聲目標(biāo)信號的獲取與識別模型
水聲目標(biāo)信號包括水中目標(biāo)輻射噪聲和水中目標(biāo)被聲波照射后的回波或散射信號。水聲目標(biāo)識別作為模式識別的一個分支，與多數(shù)目標(biāo)識別問題一樣，最核心的關(guān)鍵問題是提取“好的特征”。好的特征一般應(yīng)具備以下?4?個方面特性：①良好類間可分性；②明確的物理含義和較強的泛化能力；③對目標(biāo)運動工況具有一定的不變性；④對水聲環(huán)境具有良好的寬容性等。同時，好的特征還要具備可提取性和可實現(xiàn)性。對于目標(biāo)輻射噪聲信號，水聲目標(biāo)的發(fā)聲機理復(fù)雜、目標(biāo)類型和航行工況多樣、海洋信道時變空變、平臺噪聲干擾等嚴(yán)重影響對目標(biāo)的分類和識別。對于目標(biāo)回波信號，隱身潛艇低目標(biāo)強度導(dǎo)致目標(biāo)特征越來越弱，復(fù)雜的水聲環(huán)境、信道畸變、強混響和大量雜波干擾等給主動目標(biāo)辨識帶來很大的困難。實際上，水聲目標(biāo)識別一直是國際公認(rèn)的難題。
此外，水聲目標(biāo)識別所利用的特征也是目標(biāo)檢測的重要依據(jù)，對隱身潛艇等弱目標(biāo)更是如此。水聲目標(biāo)特征提取與識別技術(shù)的發(fā)展將對目標(biāo)檢測、跟蹤等技術(shù)研究產(chǎn)生很強的輻射帶動作用，從而促進(jìn)聲吶技術(shù)的整體發(fā)展。