[发明专利]基于拖曳线列阵的水下脉冲信号识别方法

说明书

本发明涉及基于拖曳线列阵的水下脉冲信号识别方法，包括对多个阵元接收到的声源辐射信号作时域波束形成处理，得到方位为的时域波束信号及对应的方位幅度曲线；遍历各方位时域波束信号，通过逐级多分辨率谱线特征提取，得到简易信噪比特征等的特征参数，初步判断该段信号的调制类型；根据单个波束内该段信号的调制类型和信号能量以及该波束之前的状态，判断该方位波束内是否存在有效脉冲信号，并进行波束状态更新或识别结果等待输出；进行目标方位检测，更新所有波束方位目标检测标记，如有识别结果等待输出，且目标检测标记大于零，则输出识别结果，并置该方位标记为零。当存在脉冲声源信号时，系统能够输出声源目标的方位等的具体参数。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体是涉及一种用于拖曳线列阵的水下脉冲信号识别的方法。通过该方法，可以识别出线性调频（LFM）脉冲信号和单频（CW）脉冲信号，能统计信号的时宽与周期特征并判断信号源的方位，解决了长线拖曳阵水下脉冲信号识别问题。

背景技术

拖曳阵是拖曳式线列阵声纳的简称，这种声纳在距舰船尾部一定距离上拖曳一个声接收系统，通过接收并处理航行目标自身辐射的噪声或者通过接收目标反射回来的主动信号的回波，检测目标的有无并估计目标有关参数。水下脉冲信号识别是指利用拖曳阵接收到的水声信号，识别并输出水下脉冲声目标的方位、调制类型、中心频率、带宽、脉冲宽度、脉冲周期等相关参数。

水声信道具有强多途、窄带宽、长时延等多种特性，这为水声脉冲信号特征提取、调制类型识别和与信号相关的时间特征提取增加了难度。

经文献检索发现，有以下文献对脉冲信号检测问题进行了研究：

声学技术2015，34（2）：376-378页，《被动声呐脉冲检测时延估计方法研究》，作者：薛夫连、梅继丹、孙大军、朱英慧、马超，（以下简称文献1）；

哈尔滨工程大学硕士学位论文2006，《声呐脉冲侦察与被动测距研究》，作者：徐建清，（以下简称文献2）；

通信学报2004, 25（1）：140-149页，《卫星通信常用调制方式的自动识别》，作者范海波、杨志俊、曹志刚，（以下简称文献3）；

上述文献1～2提出了一种被动声纳脉冲检测精细时延的估计方法，其仿真的场景是共形三元阵，精细时延的测量主要是为了目标的定位，通过综合寻找时域波形包络前沿和相位估计这两种方法实现精细时延的测量。该方法要求信噪比较高，文献中的仿真试验设置的信号信噪比都在20dB以上，这在真实海洋环境中是无法满足的。为实现在较低信噪比的情形下仍然能够有较高的脉冲脉宽和周期参数的估计准确率，本发明选择在频域内提取相关特征。

文献3提出了一种通过分析谱特征来进行通信信号调制方式识别的方法，针对信号的功率谱以及平方谱中的频谱形状和谱峰数的特征，提取相关参数作为判别用的特征，其方法在较低信噪比的情形下仍然具有很好的识别准确率。但是，不同于无线信道，水声信道传输条件更为恶劣，往往不能稳定获取水声信号的功率谱和平方谱等特征参数；同时，海洋背景噪声具有非高斯、非平稳的特性，多途多径导致的梳状滤波器效应，都对信号在频域特征提取造成了非常大的影响。本文提出的方法针对水声信号传输的特点，考虑了信号多途传输导致的频谱剧烈起伏，通过在不同频率分辨率下同时对信号进行分析，能够有效提取水声信号的频谱特征。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于拖曳线列阵的水下脉冲信号识别方法，通过逐级分辨率频域峰团个数特征提取的方法，减轻了低信噪比与多径对信号识别的影响，并提高了运算效率。通过在方位幅度域内目标检测结合方位波束域内信号识别的结果降低系统输出虚警率。以下拖曳线列阵简称为拖曳阵，该拖曳阵具有多个阵元，阵元都是由灵敏度较高的水听器构成，且简单起见阵元为等间隔排布。

本发明提出的基于拖曳线列阵的水下脉冲信号识别方法的特征在于：所述方法包括如下步骤：