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第 38 卷 第 3 期 李嶷等： 低信噪比条件下多节点声呐目标跟踪算法 435
1 理论分析
0 引言
1.1 探测模型
随着减震降噪技术的不断发展，水中目标变得
多节点声呐探测模型中通常有一个或多个主
日益安静，而浅海声传播又非常复杂，所以导致单个
动声呐以及多个被动声呐，它可视为由一组组的双
声呐探测目标的难度越来越大。因此，人们考虑建
节点声呐探测模型构成。双节点声呐中的一个节点
立以主动声呐为基础的多节点探测警戒网络，它由
为主/被动声呐，它发射全向主动信号，并接收目标
多组主/被动结合的双节点声呐构成，通过增加探
回波信号；另一个节点作为被动声呐，接收目标的回
测节点来获取更多的信息，相对于单节点声呐有可
波信号。两个节点实现时间同步，且每个节点能判
能提高系统探测能力。
断信号到达的方位和时间。
在多节点声呐探测方面开展工作较多的是北
双节点声呐探测布局图如图 1 所示。图中 S/R
大西洋公约组织的水下研究中心，他们着重在目
为收发一体的节点，R 为接收节点，T 为目标，α 为
标自动跟踪和多节点信息处理方面展开研究，在
目标回波信号到 S/R 节点的入射角度，β 为目标回
目标跟踪方面的创新点包括：分析亮点协方差的统
波信号到R 节点的入射角度，p 1 为发射的脉冲信号，
计特性，采用计算高效的多假设数据联合算法，利
p 2 为到达S/R 节点的目标回波信号，p 3 为到达R 节
用集中式和分布式数据融合架构来优化跟踪性能
点的目标回波信号。图 1 中时间轴 0 点对应发射脉
等 [1−5] 。他们的研究主要集中在理论和仿真分析
冲信号的起始时刻t 1 ，t 2 为回波信号 p 2 到达S/R 节
方面，也做过有限的几次海上实验 [6−8] ，实验中的
点的时间，t 3 为回波信号p 3 到达R 节点的时间。
回波用回声发生器模拟产生。北大西洋公约组织
的研究人员用海试数据研究了基于亮点的目标跟 T
踪方法，采用最大似然概率数据联合跟踪架构对 S⊳R α
亮点进行顺序处理，该方法适用于观测到的亮点 y
p
p
较少的情况 [9−10] ；Braca 等 [11] 和 Papa 等 [12] 利用
t
海试数据研究了分布式融合策略，分别对基于亮点 t β
R y
和基于轨迹的两种数据共享模式进行了分析，亮点 p
共享采用贝叶斯寻迹方法，轨迹共享采用基于联合 t
t
事件的顺序判决方法，实验数据分析说明采用融合
图 1 双节点声呐探测布局图
策略得到的目标探测性能比单节点探测的性能更
Fig. 1 Layout of bistatic sonar
优，文中还分析了通信能力下降对跟踪性能的影响；
Sildam等 [13] 根据目标的速度、航向、回波占据的波 双节点声呐中主动声呐节点分批次发射主动
束数量等对亮点数据进行特征抽象，根据特征信息 脉冲信号，当所有声呐接收完该批次的回波信号后，
的差异和特征数量对亮点进行分类得到轨迹，文中 主动声呐节点再发射下一批次主动脉冲信号。针对
得到了四种类型的轨迹；Ferri 等 [14] 研究了多节点 每批次脉冲，以主动声呐节点发射脉冲信号的起始
网络中运动节点的自治策略，提出一种用在AUV上 时刻作为时间起点，经数据处理后，各声呐节点能得
的数据驱动任务管理层方法，它通过合理调配AUV 到一幅时间 -方位 -信号强度三维图，如图2 所示，图
来提高对目标的检测和跟踪性能。国内在多节点声 中箭头指示的强信号区域为目标回波信号。从图 2
呐目标跟踪方面的研究以数据仿真为主，提出了各 可看出，在低信噪比情况下，很难从如图 2所示的杂
种基于滤波理论的目标跟踪算法 [15−16] 。但是，目 乱图中提取出干净的目标回波，通常目标回波与大
前国内还没有相关实验数据处理结果。 量杂波混在一起，甚至可能提取出的全是杂波信号。
本文以真实目标为探测对象，对多节点声呐探 当信噪比较高时，根据双节点声呐工作原理和
测实验数据进行分析，根据实验中出现的回波信号 目标回波出现的时间/方位可实现目标定位，且对
质量差、虚警概率高等现象，提出一种适用于低信 于双节点声呐的两个节点，它们分别测量得到一组
噪比的多节点条件下目标跟踪方法。 目标定位值。
