一种基于水动力场和电场信息融合的水下近场目标检测方法及系统

本发明属于水下目标探测，涉及一种基于水动力场和电场信息融合的水下近场目标检测方法及系统。

背景技术：

1、复杂多变的海洋环境给水下探测带来了极大的挑战，水下航行器等装备必须配备先进的传感系统才能实现有效的水中作业，完成资源勘探、水下救援、环境侦察等工作。目前，声波是能够在水中远距离传播的介质，因此声纳技术作为水下探测的主要手段得到了广泛的应用与研究。然而，在近场环境中，受到多途效应和混响的干扰，水声探测效能大大降低。

2、水下目标在运动过程中产生的水动力场具有产生稳定，传播范围广的特点，是近场探测的重要技术。水动力场分为速度场与压力场，两者结合可以全面反映目标的运动状态信息。水下电场探测可用于海洋、湖泊、河流等各种水下环境，对水质、水深、水温等条件要求较低，这使其在成为又一重要的水下探测技术。但现有技术仍存在以下问题：

3、1、单一传感器检测会受到噪声干扰，易发生伪目标虚警与真实目标漏探；

4、2、水动力场只能检测动态目标，电场检测效果会受到目标材质的影响，单一物理场检测受到环境的限制，鲁棒性低且应用范围受限。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于水动力场和电场信息融合的水下近场目标检测方法及克服单一传感器的局限性，减少误判的可能性问题，同时压力、流速和电场感知传感器在水下环境中具有不同的感知范围和探测能力，三者融合可以扩展水下探测系统的感知范围，使其能够检测到更大范围内的树下目标，提高水下探测的全面性和效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种基于水动力场与电场信息融合的水下近场目标检测方法，包括：对水下近场目标进行压力测量，将多个压力测量结果融合得到压力场多传感融合检测结果u1；对水下近场目标进行流速测量，将多个流速测量结果融合得到速度场多传感融合检测结果u2；对水下近场目标进行接收电极测量，将多个接收电极测量结果融合得到电场多传感融合检测结果u3；将压力场多传感融合检测结果u1、速度场多传感融合检测结果u2和电场多传感融合检测结果u3输入到二级多物理场融合检测中心，基于投票判决与多物理场融合决策阈t比较，得到最终检测结果。

4、进一步地，所述对水下近场目标进行压力测量前还包括：标定得到第i个压力传感器pi的噪声信号pn(i)，计算第i个压力传感器pi的噪声信号pn(i)的标准差通过数值计算得到水下目标在压力传感器pi处产生的压力p(i)，其中i＝1……i。

5、进一步地，所述对水下近场目标进行流速测量前还包括：标定得到第j个流速传感器vj的噪声信号vn(j)，计算第j个流速传感器vj的噪声信号vn(j)的标准差通过数值计算得到水下目标在流速传感器vj处产生的流速v(j)，其中j＝1……j。

6、进一步地，所述对水下近场目标进行接收电极测量前还包括：标定得到第k个接收电极的rk噪声信号rn(k)，计算第k个接收电极的rk噪声信号rn(k)的标准差通过数值计算得到水下目标在接收电极的rk处产生的电畸变r(k)，其中k＝1……k。

7、进一步地，所述所述将压力场多传感融合检测结果u1、速场多传感融合检测结果u2和电场多传感融合检测结果u3输入到二级多物理场融合检测中心前，还包括：设定压力传感器融合检测虚警率αp，基于硬决策neyman-pearson规则得到压力传感器融合判决阈tp；设定流速传感器融合检测虚警率αv，基于硬决策neyman-pearson规则得到流速传感器融合判决阈tv；设定接收电极融合判决阈αr，基于硬决策neyman-pearson规则得到接收电极融合判决阈tr。

8、进一步地，所述将测量结果融合得到压力场多传感融合检测结果u1包括：将多个测量结果进行融合并输入到压力场初级融合检测中心，得到压力场多传感融合检测结果u1；所述将测量结果融合得到速度场多传感融合检测结果u2包括：将多个测量结果进行融合并输入到速度场多传感融合检测中心，得到速度场多传感融合检测结果u2；所述将测量结果融合得到电场多传感融合检测结果u3包括：将多个测量结果进行融合并输入到电场初级融合检测中心，得到电场多传感融合检测结果u3。

9、进一步地，所述将压力场多传感融合检测结果u1、速度场多传感融合检测结果u2和电场多传感融合检测结果u3输入到二级多物理场融合检测中心，基于投票判决与多物理场融合决策阈t比较，得到最终检测结果，包括：

10、最终检测结果为d；

11、

12、d＝1代表无目标判决，d＝0代表有目标判决。

13、本发明还提供了一种基于水动力场与电场信息融合的水下近场目标检测系统，包括压力测量模块：用于对水下近场目标进行压力测量，将多个压力测量结果融合得到压力场多传感融合检测结果u1；

14、流速测量模块：用于对水下近场目标进行流速测量，将多个流速测量结果融合得到速度场多传感融合检测结果u2；

15、电极测量模块：用于对水下近场目标进行接收电极测量，将多个接收电极测量结果融合得到电场多传感融合检测结果u3；

16、检测模块：用于将压力场多传感融合检测结果u1、速度场多传感融合检测结果u2和电场多传感融合检测结果u3输入到二级多物理场融合检测中心，基于投票判决与多物理场融合决策阈t比较，得到最终检测结果。

17、本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特殊之处在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述一种基于水动力场与电场信息融合的水下近场目标检测方法的步骤。

18、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行计算机程序时实现上述任一项所述一种基于水动力场与电场信息融合的水下近场目标检测方法的步骤。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

20、本发明一种基于水动力场和电场信息融合的水下近场目标检测方法，建立相同类型传感器融合的初级融合检测中心和多物理场融合检测的二级融合中心，结合压力、水下流速和电场信息，提供多维度、多角度的观测数据，从而更全面地了解水下环境的变化，提高水下目标检测的鲁棒性和准确率，相同类型传感器融合的初级融合检测中心包括压力场初级融合检测中心、速度场多传感融合检测中心和电场初级融合检测中心。

21、本发明一种基于水动力场和电场信息融合的水下近场目标检测方法，单一传感器检测会受到噪声干扰，易发生伪目标虚警与真实目标漏探。本发明通过多个传感器组成的初级融合中心检测水下目标，可以弥补单一传感器的局限性，有助于减小虚警和漏检的发生；其次，单一物理场检测受到环境的限制，鲁棒性低且应用范围受限。水动力场只能检测动态目标，电场检测效果则会受到目标材质的影响。本发明设计了复合速度场、压力场与电场判决的二级融合决策中心，提高了系统的靠抗干扰能力，可广泛适用于水下目标的检测；另外，针对融合系统的检测精度与效率问题，本发明在初级与二级融合中心设计了不同的融合算法。一方面根据neyman-pearson定理建立初级融合中心同类传感器的目标检测规则，兼顾了期望更小的虚警率与更高的检测率的设计要求，另一方面在二级中心使用投票判决规则融合初级中心流速、压力与电场的决策，提高了计算效率的同时进一步提高了检测概率，并且提升了融合系统的检测鲁棒性。