[发明专利]一种基于时频特征产生水声环境噪声数据的方法及装置

说明书

针对水下航行器研制与试验过程中对快速产生大规模水声环境噪声逼真模拟数据的需求以及已有方法实用性不强的问题，本发明公开了一种基于时频特征产生水声环境噪声数据的方法及装置，该方法通过分析实测噪声数据样本的时间相关特性及统计分布特性，提取模拟噪声应具备的时频特征，然后经过特征标准化、模型参数辨识等处理得到模拟噪声数据生成模型，最后采用白噪声序列激励该模型产生所需的模拟噪声数据。本发明能够不重复地产生指定长度、与任意实测样本特征接近的水声环境噪声数据，且实施简便、应用灵活，具有较好的工程实用性。

技术领域

本发明涉及水下环境噪声特性模拟的技术领域，特别是指一种基于时频特征产生水声环境噪声数据的方法及装置。

背景技术

水声环境噪声数据在水下航行器的研制与试验过程中具有十分重要的作用。为了提高水下航行器在水下声场中的信号检测性能，经常需要利用水声环境噪声数据辅助确定算法参数；为了考核装备在非标准复杂工况下的战技指标，有时需要基于水声环境噪声数据实现试验方案的优化设计。

比较典型的水声环境噪声建模方法有如下两种：

a)记录实测噪声作为数据模型：工程中直接使用实测水声环境噪声数据作为模型直接使用，其优点是可逼真还原特定测量区域内的水声环境噪声特性，且无需复杂的建模计算；缺点是在使用过程中需反复回放实测水声环境噪声数据，数据与特定测量区域的环境关联性较强，一旦超出特定使用范围，噪声模型置信度急剧降低，且数据可操作性较低，模型通用性差；

b)数学建模：使用数学方法完成环境噪声特性建模，其优点是建模针对性强，可根据不同水声环境准确建立噪声模型，模型重用性强，所产生的模拟数据无需反复测量、重复播放；缺点是建模难度高，数据计算量大，对于实时性要求高的系统应用起来有一定难度，只有经充分研究所建立的模型才具有工程实用价值。

近几十年来，业内对水声环境噪声的认识水平不断提高，先后涌现出多种表征模型。针对水下自然环境研究的需求，近年来对各种已有的典型模型进行了系统研究。总体来看，多数模型重在揭示环境噪声的形成机理及变化规律，由于涉及到风、雨、温度、深度等因素，难以对众多的模型参数进行全面、准确地赋值，不合理的取值假设将降低模拟噪声的逼真度，工程实用性受到很大限制。因此，建立符合水声环境噪声时频特性的模型，可靠稳定且高效地生成逼真度较高的噪声数据，同时克服重复回放实测数据的缺点是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于时频特征产生水声环境噪声数据的方法及装置，为了解决现有技术中水声环境噪声模拟对众多参数不能进行全面、准确地赋值，工程实用性受到很大限制的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种基于时频特征产生水声环境噪声数据的方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据应用需求，获取目标水域在特定季节、深度、海况条件下的环境噪声实测数据样本，记录测量系统的接收灵敏度M及放大倍数G；

步骤2：利用统计理论分析实测数据样本的分布特性，确定分布模型及其参数；

步骤3：采用功率谱方法分析实测数据样本的幅频特性，形成噪声频谱图；

步骤4：在噪声频谱图上的噪声模拟频带内选取几何特征点与特定信息点作为特征点；所述几何特征点包括边界点、极值点、拐点三种，所述特定信息点是与应用相关但不能被几何特征点涵盖的其他信息点，每个特征点包括一个频率值和一个谱级值；

步骤5：按照频率递增的顺序将步骤4得到的N₀个特征点组织形成原始特征向量L₀，向量L₀的每个元素包括对应的频率值、谱级值；