[发明专利]一种基于频率方差加权的时延差估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及声纳信号处理领域，特别涉及一种基于频率方差加权的时延差估计方法。 

背景技术

由于主动声呐容易暴露，对水下目标进行探测时常采用被动式声呐。随着减振降噪技术的不断提高，目标辐射噪声相比环境噪声在不断地降低，致使声呐设备对其接收信号所能提供的先验知识也在不断地减少。基于宽带能量积分的信号检测方法在被动声呐检测中已不能满足对水下远程目标的探测需求。 

研究表明：水下目标螺旋桨转动会切割水体产生低频信号，其中部分信号会直接以加性形式出现在目标辐射信号中，部分信号则被船体本身的振动调制到较高的频带。在目标辐射信号中线谱谱级通常连续谱谱级要高出10～25dB，这为实现水下目标远程探测提供了一种可能。 

对此，本发明对目标辐射信号频率未知的情况下，介绍了一种基于频率方差加权的时延差估计方法。对接收信号进行FFT分析，采用引导信号对每一个频率单元进行频域互相关。利用非真值时延差对应频率单元随机，真值时延差对应频率单元基本一致的特点，对每一个时延差估计结果进行频率方差统计计算。理论分析和仿真结果表明：本发明具有较好的有效性和对信噪比的宽容性远好于频域互相关法，本发明为弱线谱时延差估计提供了一个参考思路。 

发明内容

本发明的目的在于，为克服低信噪比下在目标辐射信号频率未知的情况下，现有技术不能很好的实现水声定位系统中阵元间接收目标辐射信号的时延差估计问题，本发明提供了一种基于频率方差加权的时延差估计方法。 

为实现上述目的，本发明提供了一种基于频率方差加权的时延差估计方法，该方法用于估计水声定位系统中不同接收阵元接收的目标辐射信号的时延差，所述方法为： 

求取若干次每一个频率单元的时域相关谱以及相应的初始时延差； 

计算得到的每一个初始时延差对应的频率方差，并对频率方差求倒数形成加权 因子； 

累加每一初值时延差对应的加权因子得到最终时域相关谱，从最终时域相关谱中求取最终时延差。 

上述方法具体包含如下步骤： 

步骤101）对各接收阵元接收的目标辐射信号进行傅里叶变换得到各接收阵元接收的目标辐射信号的频域信号； 

将任意两个接收阵元接收的目标辐射信号的频域信号相乘得到两个接收阵元的频域互谱数据RX₁₂(f)； 

采用引导信号与得到的频域互谱数据RX₁₂(f)相乘得到从起始频率f₁到终止频率f_K中频域互谱数据RX₁₂(f)每一频率单元所对应的频域互谱数据RX₁₂(f_i)，其中：i为频率单元编号，K为终止频率所对应的编号；再对RX₁₂(f_i)做逆傅里叶变换，到从起始频率f₁到终止频率f_K中频域互谱数据RX₁₂(f)每一个频率单元所对应的时域相关谱R(f_i,τ_j)，其中：i＝1,···,K，j＝1,···,L，j为时延差对应的时间点编号，L为R(f_i,τ_j)在时间轴上的点数； 

步骤102）从起始频率f₁到终止频率f_K，将频域互谱数据RX₁₂(f)中每一个频率单元所对应的时域相关谱R(f_i,τ_j)的最大值所对应的时间点作为该频率单元的初步时延差估计结果，该初步时延差估计结果记为τ(f_i)，i为频率单元编号且i＝1,···,K，K为终止频率所对应的编号；j为时延差对应的时间点编号，L为时域相关谱R(f_i,τ_j)在时间轴上的点数；