[发明专利]一种浅海低频声场时频干涉条纹提取方法

说明书

本发明公开了一种浅海低频声场时频干涉条纹提取方法，该方法首先获取水下运动目标辐射的宽带声信号，通过计算不同时刻接收信号的功率谱以获取浅海低频声场时频干涉谱；通过干涉谱谱峰沿目标运动方向的积累，实现谱峰的自动跟踪和干涉频率条纹的有效提取。本发明解决了现有声场干涉结构干涉条纹提取方法存在的计算量大，实时性差，同时提取多个干涉条纹时性能下降等问题，为目标测距和测速等运动参数的估计奠定坚实的基础。

技术领域

本发明涉及水声信号处理技术，具体涉及一种浅海低频声场时频干涉条纹提取方法，尤其涉及一种浅海低频声场的时频干涉结构中干涉频率的提取方法。

背景技术

浅海声场干涉结构是海洋声学研究的热点问题之一，声场干涉结构中蕴含了丰富的海洋环境和声源信息，可用于海洋声学反演、海洋监测、目标运动参数估计、时反聚焦等水声物理和水声信号处理的诸多方面，其中的关键是干涉条纹的提取，常用的干涉条纹提取方法有二维FFT变换、Hough变换和最优化等方法，这些方法计算量较大，当存在多个干涉条纹时，方法的性能下降。此外，用Hough变换等图像处理方法提取水下运动目标辐射声场的时频干涉条纹，估计目标运动参数时，一个重要的限制条件是，要求观测时间内目标通过最近距离，因此，实时性较差。

发明内容

发明目的：为克服上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种浅海低频声场时频干涉条纹提取方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

一种浅海低频声场时频干涉条纹提取方法，包括以下步骤：

(1)获取水下运动目标辐射的宽带声信号；

(2)计算不同时刻接收信号的功率谱，获取浅海低频声场时频干涉谱；

(3)初始化：以k＝1时刻的信号功率谱p₁(x₁)作为值函数的初值：I(x₁)＝p₁(x₁)，以x_k表示k时刻所有可能的目标状态；

(4)值函数累积：对于2≤k≤K时刻，沿目标运动方向进行干涉谱谱峰的积累，更新值函数其中p_k为k时刻的接收信号功率谱；

(5)提取备选目标状态集合：对累积值函数检测所有的极大值点，得到一个待处理的向量WS＝{x|x₁,x₂,…,x_N}，该向量包含所有的备选目标状态集合；

(6)值函数比较：遍历步骤(5)得到的备选目标状态集合中的每一个目标状态x_n，将该目标状态对应的值函数与比较区域内的值函数值进行对比，提取值函数值最大的目标状态，并在目标状态转移矩阵中记录该目标状态；

(7)如果kK，令k＝k+1，返回步骤(4)；如果k＝K，值函数积累结束；

(8)航迹回溯：利用记录的目标状态转移矩阵，回溯值函数各极大值所对应的目标状态，作为估计的状态序列，该状态序列为提取出的不同时刻的干涉频率。

进一步的，所述步骤(1)中的运动目标可以是匀速运动目标，也可以是慢速机动运动目标；所述的慢速机动运动目标为水下机动运动的舰船目标；

进一步的，所述步骤(2)中，接收信号可以是单水听器探测系统中单个水听器的接收信号，也可以是基于水听器阵的探测系统的阵列波束输出信号；对于只有直达波、一次海面反射波和一次海底反射波情况，第k帧接收数据的功率谱为：