用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法
阅读说明：本技术 用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法 (Efficient target segmentation method for broadband fish finder ) 是由 汤涛林 李国栋 尹项博 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法,包括步骤：S1：根据一背景噪声值确定一检测阈值；S2：设定一滑动窗的宽度,滑动窗的宽度小于等于一探鱼仪的距离分辨率；S3：利用一匹配滤波器对探鱼仪的输出信号进行匹配滤波,获得一滤波输出信号的离散滤波数据集,所述离散滤波数据集包括多个波值数据；S4：利用滑动窗和检测阈值对离散滤波数据集分割目标,并输出目标的位置。本发明的一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法,运算量小,当两个目标回波重叠时,只要目标间隔大于探鱼仪的最小距离分辨率,就可将两个目标区分开来,并快速获得目标的数量和位置。(The invention provides an efficient target segmentation method for a broadband fish finder, which comprises the following steps: s1: determining a detection threshold value according to a background noise value; s2: setting the width of a sliding window, wherein the width of the sliding window is less than or equal to the distance resolution of a fish finder; s3: performing matched filtering on an output signal of the fish finder by using a matched filter to obtain a discrete filtering data set of a filtering output signal, wherein the discrete filtering data set comprises a plurality of wave value data; s4: the discrete filtered data set is segmented into targets using a sliding window and a detection threshold, and the positions of the targets are output. The efficient target segmentation method for the broadband fish finder has small calculation amount, and when two target echoes are overlapped, as long as the target interval is larger than the minimum distance resolution of the fish finder, the two targets can be distinguished, and the number and the positions of the targets can be quickly obtained.)
技术领域
本发明涉及探鱼技术领域，尤其涉及一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法。
背景技术
渔业资源声学评估中会使用到回波计数和回波积分方法。在单体间距大于探鱼仪距离分辨力的情况下可以直接使用回波计数的方法，当密度较高时使用回波积分方法，由于回波积分需要获得单体的平均目标强度，因此这两种方法都需要对目标进行距离上的分割。
目前距离分割使用的方法是设置一个检测阈值PLDL，从回波信号强度高于检测阈值时开始到强度低于阈值时结束，统计该脉冲的长度，如果该长度在设定的范围则认为找到了1个目标，目标的距离为峰值出现的位置。但现有方法当两个目标回波重叠时即使目标间隔大于探鱼仪分辨率，探鱼仪也无法区分。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法，运算量小，当两个目标回波重叠时，只要目标间隔大于探鱼仪的最小距离分辨率，就可将两个目标区分开来，并快速获得目标的数量和位置。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法，包括步骤：
S1：根据一背景噪声值确定一检测阈值，所述检测阈值大于所述背景噪声值；
S2：设定一滑动窗的宽度，所述滑动窗的宽度小于等于一探鱼仪的距离分辨率；
S3：利用一匹配滤波器对所述探鱼仪的输出信号进行匹配滤波，获得一滤波输出信号的离散滤波数据集，所述离散滤波数据集包括多个波值数据；
S4：利用所述滑动窗和所述检测阈值对所述离散滤波数据集分割目标，并输出所述目标的位置。
优选地，所述背景噪声值通过停止所述探鱼仪发射并记录所述探鱼仪的回波强度估算获得，当无法停止所述探鱼仪发射时利用超出海底范围或远距离收到的回波强度进行估算。
优选地，所述滑动窗的宽度M满足公式(1)：
其中，ΔR表示所述探鱼仪的距离分辨率；Fs表示所述探鱼仪的采样率；C表示水中声速；
且所述滑动窗的宽度M为满足公式(1)的最大整奇数，M＝2N+1，N为自然数。
优选地，所述探鱼仪的输出信号s(t)的解析表达式为：
其中，t为时间，τ为信号脉宽，rect表示矩形函数；
所述匹配滤波器的时域冲击响应函数h(t)的表达式为：
h(t)＝w(t)s*(-t) (3)；
其中，w(t表示加权函数；
所述滤波输出信号r(t)的表达式为：
优选地，所述S5步骤进一步包括步骤：
S51：设置一变量n的初值值为1；
S52：判断所述变量n是否大于等于所述离散滤波数据集的波值数据的总数L；如是，结束步骤；否则，继续后续步骤；
S53：获取所述离散滤波数据集的第n个所述波值数据至第n+M-1个所述波值数据中最大的一个所述波值数据作为目标波值数据，所述目标波值数据为所述离散滤波数据集中第p个所述波值数据，设定所述目标波值数据的位置为p；设定一目标波值e的数值为所述目标波值数据的数值；
S54：判断所述目标波值e是否大于所述检测阈值；如是，继续后续步骤；否则，将变量n赋值为n+2N+1，并返回步骤S52；
S55：判断所述目标波值数据的位置是否等于n+N；如是，继续后续步骤；否则，将变量n赋值为n+1，并返回步骤S52；
S56：将所述目标波值数据作为所述目标并输出所述目标的位置；
S57：将变量n赋值为p+1，并返回步骤S52。
优选地，所述S5步骤进一步包括步骤：
S51：设置一变量n的初值值为1；
S52：判断所述变量n是否大于等于所述离散滤波数据集的波值数据的总数L；如是，结束步骤；否则，继续后续步骤；
S53：获取所述离散滤波数据集的第n个所述波值数据至第n+M-1个所述波值数据中最大的一个所述波值数据作为目标波值数据，所述目标波值数据为所述离散滤波数据集中第p个所述波值数据，设定所述目标波值数据的位置为p；设定一目标波值e的数值为所述目标波值数据的数值；
S54：判断所述目标波值e是否大于所述检测阈值；如是，继续后续步骤；否则，将变量n赋值为n+2N+1，并返回步骤S52；
S55：判断所述目标波值数据的位置是否小于n+N；如是，将变量n赋值为n+N，并返回步骤S52；否则，继续后续步骤；
S56：判断所述目标波值数据的位置是否等于n+N；如是，将所述目标波值数据作为所述目标并输出所述目标的位置，将变量n赋值为p+1，并返回步骤S52；如否，继续后续步骤；
S57：将变量n赋值为n+1；
S58：判断N是否大于L；
如是，结束步骤；
否则，判断所述离散滤波数据集的第n+M-1个波值数据的数值是否大于所述目标波值e；如是，将所述目标波值数据的位置赋值为n+M-1，将所述目标波值e赋值为所述离散滤波数据集的第n+M-1个波值数据的数值，返回步骤S57；否则，返回步骤S56。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
本发明的一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法，当两个目标回波重叠时，只要目标间隔大于探鱼仪的最小距离分辨率，就可以将两个目标区分开来；且运算量小，可快速获得目标的数量和位置。
附图说明
图1为本发明实施例的用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法的流程图；
图2为本发明实施例一的分割目标波值数据步骤的流程图；
图3为本发明实施例一的探鱼仪的回波强度图；
图4为本发明实施例一的5个目标的探鱼仪的输出信号图；
图5为本发明实施例一的目标分割结果图；
图6为本发明实施例二的分割目标波值数据步骤的流程图。
具体实施方式
下面根据附图1～图6，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1，本发明实施例一的一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法，包括步骤：
S1：根据一背景噪声值确定一检测阈值，检测阈值大于背景噪声值。
其中，背景噪声值通过停止探鱼仪发射并记录探鱼仪的回波强度估算获得；当无法停止探鱼仪发射时利用超出海底范围或远距离收到的回波强度进行估算。
S2：设定一滑动窗的宽度，滑动窗的宽度小于等于一探鱼仪的距离分辨率。
其中，滑动窗的宽度M满足公式(1)：
其中，ΔR表示探鱼仪的距离分辨率；Fs表示探鱼仪的采样率；C表示水中声速；
且滑动窗的宽度M为满足公式(1)的最大整奇数，M＝2N+1，N为自然数。
S3：利用一匹配滤波器对探鱼仪的输出信号进行匹配滤波，获得一滤波输出信号的离散滤波数据集r(n)，离散滤波数据集r(n)包括L个波值数据。
其中，探鱼仪的输出信号s(t)的解析表达式为：
其中，t为时间，τ为信号脉宽，rect表示矩形函数；
匹配滤波器的时域冲击响应函数h(t)的表达式为：
h(t)＝w(t)s*(-t) (3)；
其中，w(t表示加权函数；
滤波输出信号r(t)的表达式为：
S4：利用滑动窗和检测阈值对离散滤波数据集r(n)分割目标，并输出目标的位置。
从离散滤波数据集的第1个波值数据开始，查找滑动窗的宽度M内波值数据的最大值，当波值数据的最大值大于检测阈值且该波值数据的位置处在滑动窗中心时，认为找到1个目标波值数据，移动滑动窗，重复步骤，直至所有波值数据查找完成。
请参阅图2，S5步骤进一步包括步骤：
S51：设置一变量n的初值值为1；
S52：判断变量n是否大于等于离散滤波数据集的波值数据的总数L；如是，结束步骤；否则，继续后续步骤；
S53：获取离散滤波数据集的第n个波值数据至第n+M-1个波值数据中最大的一个波值数据作为目标波值数据，目标波值数据为离散滤波数据集中第p个波值数据，设定目标波值数据的位置为p；设定一目标波值e的数值为目标波值数据的数值；
S54：判断目标波值e是否大于检测阈值；如是，继续后续步骤；否则，将变量n赋值为n+2N+1，并返回步骤S52；
S55：判断目标波值数据的位置是否等于n+N；如是，继续后续步骤；否则，将变量n赋值为n+1，并返回步骤S52；
S56：将目标波值数据作为目标并输出目标的位置；
S57：将变量n赋值为p+1，并返回步骤S52。
例如：使用信号为带宽B＝60kHz，脉宽τ＝1ms的线性调频(LFM)信号，采样率为2MHz，使用的加权函数w(t)为汉明窗，匹配滤波后输出探鱼仪的回波强度图，请参阅图3。
可见探鱼仪的最小的距离分辨能力约为40mm，则M＝53。
模拟在100m距离处有5个目标，距离分别为：100.0m 100.08m 100.12m100.15m100.17m，5个目标的回波状态请参阅图4。
使用本发明实施例一进行目标分割，获得目标分割结果图，请参阅图5。
前三个目标间隔距离大于距离分辨率，被识别出来，最后两个目标的间距小于最小分辨率被识别为1个目标。
请参阅图6，本发明实施例二的一种用于宽带探鱼仪的高效目标分割方法，其步骤与实施例一基本相同，其区别在于，S5步骤进一步包括步骤：
S51：设置一变量n的初值值为1；
S52：判断变量n是否大于等于离散滤波数据集的波值数据的总数L；如是，结束步骤；否则，继续后续步骤；
S53：获取离散滤波数据集的第n个波值数据至第n+M-1个波值数据中最大的一个波值数据作为目标波值数据，目标波值数据为离散滤波数据集中第p个波值数据，设定目标波值数据的位置为p；设定一目标波值e的数值为目标波值数据的数值；
S54：判断目标波值e是否大于检测阈值；如是，继续后续步骤；否则，将变量n赋值为n+2N+1，并返回步骤S52；
S55：判断目标波值数据的位置是否小于n+N；如是，将变量n赋值为n+N，并返回步骤S52；否则，继续后续步骤；
S56：判断目标波值数据的位置是否等于n+N；如是，将目标波值数据作为目标并输出目标的位置，将变量n赋值为p+1，并返回步骤S52；如否，继续后续步骤；
S57：将变量n赋值为n+1；
S58：判断N是否大于L；
如是，结束步骤；
否则，判断离散滤波数据集的第n+M-1个波值数据的数值是否大于目标波值e；如是，将目标波值数据的位置赋值为n+M-1，将目标波值e赋值为离散滤波数据集的第n+M-1个波值数据的数值，返回步骤S57；否则，返回步骤S56。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。