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面向混响边缘环境的贝叶斯空时自适应目标检测方法

孟德昊,  王天琪,  殷超然,  徐达,  刘明刚

孟德昊, 王天琪, 殷超然, 等. 面向混响边缘环境的贝叶斯空时自适应目标检测方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(6): 1-11 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0094
引用本文: 孟德昊, 王天琪, 殷超然, 等. 面向混响边缘环境的贝叶斯空时自适应目标检测方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(6): 1-11 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0094
MENG Dehao, WANG Tianqi, YIN Chaoran, XU Da, LIU Minggang. Bayesian Space-Time Adaptive Target Detector in Reverberation Edge Environments[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0094
Citation: MENG Dehao, WANG Tianqi, YIN Chaoran, XU Da, LIU Minggang. Bayesian Space-Time Adaptive Target Detector in Reverberation Edge Environments[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0094

面向混响边缘环境的贝叶斯空时自适应目标检测方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0094
详细信息
    作者简介:

    孟德昊(2001-), 男, 在读博士, 主要研究方向为多通道主动声呐目标检测

  • 中图分类号: TJ630; TN911.72

Bayesian Space-Time Adaptive Target Detector in Reverberation Edge Environments

  • 摘要: 主动声呐在混响边缘环境中面临接收数据非均匀问题, 导致与待检测单元背景统计特性一致的辅助数据数量锐减; 与此同时现有检测方法利用数据的样本协方差矩阵估计混响协方差矩阵时精度有限, 导致目标检测性能不可避免地出现损失。文中针对上述问题, 基于贝叶斯检验方法进行了混响边缘环境下的两步广义似然比目标检测研究, 提出混响边缘环境下的贝叶斯厄米特目标检测器(BH-TD-REE)和混响边缘环境下的贝叶斯谱对称目标检测器(BS-TD-REE)2种自适应检测方法。BH-TD-REE和BS-TD-REE方法均将混响协方差矩阵视为随机变量, 采用最大后验估计准则代替传统的样本协方差估计。此外, BS-TD-REE方法还利用混响协方差矩阵的谱对称特性, 等效扩展了辅助数据数量, 降低检测器对均匀辅助数据的需求。仿真结果表明, 所提方法较传统方法有效提升了目标检测性能和鲁棒性, 在辅助数据数量受限情况下的检测性能优势更显著。

     

  • 图  1  双混响边缘示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the dual-reverberation edge environment

    图  2  角度-多普勒功率谱

    Figure  2.  Angle-Doppler power spectrum

    图  3  接收数据能量分布图

    Figure  3.  Energy distribution diagram of received data

    图  4  $ {\bf{RPR}}_{{\boldsymbol{1}}} $和$ {\bf{RPR}}_{{\boldsymbol{2}}} $不同取值下的$ {\hat{{\boldsymbol{P}}}}_{{\boldsymbol{fa}}} $曲线

    Figure  4.  The $ {\hat{{\boldsymbol P}}}_{{\boldsymbol{fa}}} $ curves under different values of $ {\mathbf{RPR}}_{{\boldsymbol{1}}} $ and $ {\bf{RPR}}_{{\boldsymbol{2}}} $

    图  5  $ {{\boldsymbol{\sigma}} _{{\boldsymbol{r}}}^{{\boldsymbol{2}}}} $和$ {\boldsymbol{\rho}} $不同取值下的$ {\hat{{\boldsymbol{P}}}}_{{\boldsymbol{fa}}} $曲线

    Figure  5.  The $ {\hat{{\boldsymbol P}}}_{{\boldsymbol{fa}}} $ curves under different values of $ {\boldsymbol \sigma }_{{\boldsymbol{r}}}^{{\boldsymbol{2}}} $ and $ {\boldsymbol \rho } $

    图  6  辅助数据数量充足时$ {P}_{d} $随$ \text{SRR} $的变化曲线

    Figure  6.  The $ {{\boldsymbol P}}_{d} $ curves with $ \mathbf{SRR} $ when the auxiliary data quantity is sufficient

    图  7  辅助数据数量受限时$ {{\boldsymbol{P}}}_{{\boldsymbol{d}}} $随$ \bf{SRR} $的变化曲线

    Figure  7.  The $ {{\boldsymbol P}}_{{\boldsymbol{d}}} $ curves with $ \mathbf{SRR} $ when the auxiliary data quantity is limited

    图  8  $ \sigma _{r}^{2} $失配时$ {P}_{d} $随$ \text{SRR} $的变化曲线

    Figure  8.  The $ {{\boldsymbol P}}_{d} $ curves with $ \mathbf{SRR} $ when $ {\boldsymbol \sigma }_{r}^{2} $ mismatch occurs

    图  9  $ \rho $失配时$ {P}_{d} $随$ \text{SRR} $的变化曲线

    Figure  9.  The $ {{\boldsymbol P}}_{d} $ curves with $ \mathbf{SRR} $ when $ {\boldsymbol \rho } $ mismatch occurs

    图  10  ${\boldsymbol{ \sigma }}_{{\boldsymbol{r}}}^{{\boldsymbol{2}}} $失配时$ {\boldsymbol{L}} $不同取值下$ {{\boldsymbol{P}}}_{{\boldsymbol{d}}} $随$ \bf{SRR} $的变化曲线

    Figure  10.  The $ {{\boldsymbol P}}_{{\boldsymbol{d}}} $ curve with $ \mathbf{SRR} $ under different values of $ {\boldsymbol L} $ when $ {\boldsymbol \sigma }_{{\boldsymbol{r}}}^{{\boldsymbol{2}}} $ mismatch occurs

    图  11  $ {\boldsymbol{\rho}} $失配时$ {\boldsymbol{L}} $不同取值下$ {{\boldsymbol{P}}}_{{\boldsymbol{d}}} $随$ \bf{SRR} $的变化曲线

    Figure  11.  The $ {{\boldsymbol P}}_{{\boldsymbol{d}}} $ curve with $ \mathbf{SRR} $ under different values of $ {\boldsymbol L} $ when $ {\boldsymbol \rho } $ mismatch occurs

    表  1  对比方法的判决式

    Table  1.   Decision rule of comparative methods

    检测方法 判决式
    H-TD-REE $ \dfrac{\text{det}\left({\boldsymbol z}{{\boldsymbol z}}^{\text{H}}+\tilde{{\boldsymbol S}}\right)}{\text{det}\left(\left({\boldsymbol z}-\hat{\alpha }{{\boldsymbol v}}_{t}\right){\left({\boldsymbol z}-\hat{\alpha }{{\boldsymbol v}}_{t}\right)}^{\text{H}}+\tilde{{\boldsymbol S}}\right)}\begin{array}{c}{H}_{1}\\\gtrless \\{H}_{0}\end{array}\eta $
    S-TD-REE $ \dfrac{\text{det}\left({{\boldsymbol z}}_{r}{\boldsymbol z}_{r}^{\text{T}}+{{\boldsymbol z}}_{i}{\boldsymbol z}_{i}^{\text{T}}+{\tilde{{\boldsymbol S}}}_{S}\right)}{\text{det}\left({\tilde{{\boldsymbol u}}}_{1}\tilde{{\boldsymbol u}}_{1}^{\text{T}}+{\tilde{{\boldsymbol u}}}_{2}\tilde{{\boldsymbol u}}_{2}^{\text{T}}+{\tilde{{\boldsymbol S}}}_{S}\right)}\begin{array}{c}{H}_{1}\\\gtrless \\{H}_{0}\end{array}\eta $
    T-AMF $ \dfrac{{\left| {{\boldsymbol z}}^{\text{H}}{\boldsymbol S}_{2}^{-1}{{\boldsymbol v}}_{t}\right| }^{2}}{{{{{\boldsymbol v}}_{t}}}^{\text{H}}{\boldsymbol S}_{2}^{-1}{{\boldsymbol v}}_{t}}\begin{array}{c}{H}_{1}\\\gtrless \\{H}_{0}\end{array}\eta $
    TS-AMF $ \dfrac{\left\{\begin{array}{c}{\left({\boldsymbol v}_{tr}^{\text{T}}{\boldsymbol S}_{S2}^{-1}{{\boldsymbol z}}_{r}+{\boldsymbol v}_{ti}^{\text{T}}{\boldsymbol S}_{S2}^{-1}{{\boldsymbol z}}_{i}\right)}^{2}\\+{\left({\boldsymbol v}_{tr}^{\text{T}}{\boldsymbol S}_{S2}^{-1}{{\boldsymbol z}}_{i}+{\boldsymbol v}_{ti}^{\text{T}}{\boldsymbol S}_{S2}^{-1}{{\boldsymbol z}}_{r}\right)}^{2}\end{array}\right\}}{{\boldsymbol v}_{tr}^{\text{T}}{\boldsymbol S}_{S2}^{-1}{{\boldsymbol v}}_{tr}+{\boldsymbol v}_{ti}^{\text{T}}{\boldsymbol S}_{S2}^{-1}{{\boldsymbol v}}_{ti}}\begin{array}{c}{H}_{1}\\\gtrless \\{H}_{0}\end{array}\eta $
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    表  2  $ {\bf{RPR}}_{{\bf{1}}} $和$ {\bf{RPR}}_{{\bf{2}}} $的不同取值情况

    Table  2.   The different values of $ {\mathbf{RPR}}_{{\bf{1}}} $ and $ {\bf{RPR}}_{{\bf{2}}} $

    取值情况 1 2 3 4 5 6
    $ {\text{RPR}}_{1} $(dB) 7 7 −7 −7 7 10
    $ {\text{RPR}}_{2} $(dB) 9 −9 9 −9 15 15
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-05-15
  • 修回日期:  2026-08-03
  • 录用日期:  2026-08-07
  • 网络出版日期:  2026-11-11
图(11) / 表(2)

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