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专利号: 2022109733820
申请人: 杭州海康威视数字技术股份有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-07-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水下目标检测方法,其特征在于,所述方法包括:在探测周期内,获取超声换能器阵列接收的不同探测方向的第一回波信号;

采用超声阵列降噪方法,分别对不同探测方向的所述第一回波信号进行去噪处理,得到不同探测方向的第二回波信号;

对于任一探测方向,若所述探测方向的第二回波信号的信号强度大于第一阈值,则确定所述探测方向对应的水下区域存在目标对象;

确定所述目标对象的属性特征,在所述属性特征满足预设条件时,确定所述目标对象为有效目标对象;其中所述目标对象的属性特征用于表征所述目标对象在水下的移动情况;

所述第一回波信号包括目标信号和噪声信号;

所述采用超声阵列降噪方法,分别对不同探测方向的所述第一回波信号进行去噪处理得到不同探测方向的第二回波信号,包括:针对每个所述第一回波信号,采用所述目标信号的估计协方差矩阵,所述噪声信号的估计协方差矩阵以及所述超声换能器阵列的阵列数目,确定滤波系数;

采用所述滤波系数对所述第一回波信号进行修正,得到所述第二回波信号。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述目标对象的属性特征包括:所述目标对象的大小以及所述目标对象的移动速度;

所述预设条件为,所述目标对象的大小大于第二阈值,且所述目标对象的移动速度大于第三阈值。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,确定所述目标对象的属性特征,包括:基于不同探测方向的所述第二回波信号,确定所述目标对象的大小;

在相邻的探测周期内,基于信号强度大于第一阈值的所述第二回波信号,确定所述目标对象的移动速度。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于不同探测方向的所述第二回波信号,确定所述目标对象的大小,包括:在所述探测周期内,按照所述超声换能器阵列探测的目标区域,排列不同探测方向的所述第二回波信号,得到待处理图像;

对所述待处理图像进行归一化处理,得到所述目标区域的平面图像;

确定所述平面图像中,像素深度大于第四阈值的区域的面积为所述目标对象的大小。

5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述在相邻的探测周期内,基于信号强度大于第一阈值的所述第二回波信号,确定所述目标对象的移动速度,包括:在相邻的探测周期内,根据信号强度大于第一阈值的所述第二回波信号的接收时间以及探测方向,确定所述目标对象在相邻的探测周期内的位置;

根据所述目标对象在相邻的探测周期内的位置,以及所述探测周期,确定所述目标对象的移动速度。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,

确定所述滤波系数,包括:采用如下表达式确定所述滤波系数:其中,h(k,l)为所述滤波系数;Φxx(k,l)为所述目标信号的估计协方差矩阵,Φvv(k,l)为所述噪声信号的估计协方差矩阵;u1为[1 0…0]T,是N维向量,N为所述超声换能器阵列的阵列数目;tr代表取矩阵的迹;

对所述第一回波信号进行修正,包括:采用如下表达式对所述第一回波信号进行修正:xT(k,l)=hH(k,l)y(k,l)

其中,x(k,l)为所述第二回波信号,y(k,l)为所述第一回波信号,上标H为共轭转置操作。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,

所述目标信号的估计协方差矩阵采用如下表达式确定:

Φxx(k,l)=y(k,l)yH(k,l)-Φvv(k,l)其中,y(k,l)yH(k,l)为所述第一回波信号输入的平滑功率谱;

所述噪声信号的估计协方差矩阵,采用如下表达式确定:Φvv(k,l)=αv(k,l)Φvv(k,l-1)+(1-αv(k,l))y(k,l)yH(k,l)其中,αv(k,l)为常数,Φvv初始为单位矩阵。

8.一种水下目标检测装置,其特征在于,所述装置包括:获取模块,处理模块以及确定模块;

所述获取模块用于,在探测周期内,获取超声换能器阵列接收的不同探测方向的第一回波信号;

所述处理模块用于,采用超声阵列降噪方法,分别对不同探测方向的所述第一回波信号进行去噪处理,得到不同探测方向的第二回波信号;

所述确定模块用于,对于任一探测方向,若所述探测方向的第二回波信号的信号强度大于第一阈值,则确定所述探测方向对应的水下区域存在目标对象;

所述确定模块还用于,确定所述目标对象的属性特征,在所述属性特征满足预设条件时,确定所述目标对象为有效目标对象;其中所述目标对象的属性特征用于表征所述目标对象在水下的移动情况;

所述第一回波信号包括目标信号和噪声信号;所述处理模块具体用于,针对每个所述第一回波信号,采用所述目标信号的估计协方差矩阵,所述噪声信号的估计协方差矩阵以及所述超声换能器阵列的阵列数目,确定滤波系数;采用所述滤波系数对所述第一回波信号进行修正,得到所述第二回波信号。

9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,

所述目标对象的属性特征包括:所述目标对象的大小以及所述目标对象的移动速度;所述预设条件为,所述目标对象的大小大于第二阈值,且所述目标对象的移动速度大于第三阈值;

所述确定模块具体用于,基于不同探测方向的所述第二回波信号,确定所述目标对象的大小;在相邻的探测周期内,基于信号强度大于第一阈值的所述第二回波信号,确定所述目标对象的移动速度;

所述确定模块具体用于,在所述探测周期内,按照所述超声换能器阵列探测的目标区域,排列不同探测方向的所述第二回波信号,得到待处理图像;对所述待处理图像进行归一化处理,得到所述目标区域的平面图像;确定所述平面图像中,像素深度大于第四阈值的区域的面积为所述目标对象的大小;

所述确定模块具体用于,在相邻的探测周期内,根据信号强度大于第一阈值的所述第二回波信号的接收时间以及探测方向,确定所述目标对象在相邻的探测周期内的位置;根据所述目标对象在相邻的探测周期内的位置,以及所述探测周期,确定所述目标对象的速度;

所述确定模块具体用于,采用如下表达式确定所述滤波系数:其中,h(k,l)为所述滤波系数;Φxx(k,l)为所述目标信号的估计协方差矩阵,Φvv(k,l)为所述噪声信号的估计协方差矩阵;u1为[1 0…0]T,是N维向量,N为所述超声换能器阵列的阵列数目;tr代表取矩阵的迹;

采用如下表达式对所述第一回波信号进行修正:

xT(k,l)=hH(k,l)y(k,l)

其中,x(k,l)为所述第二回波信号,y(k,l)为所述第一回波信号,上标H为共轭转置操作;

所述目标信号的估计协方差矩阵采用如下表达式确定:

Φxx(k,l)=y(k,l)yH(k,l)-Φvv(k,l)其中,y(k,l)yH(k,l)为所述第一回波信号输入的平滑功率谱;

所述噪声信号的估计协方差矩阵,采用如下表达式确定:Φvv(k,l)=αv(k,l)Φvv(k,l-1)+(1-αv(k,l))y(k,l)yH(k,l)其中,αv(k,l)为常数,Φvv初始为单位矩阵。