[发明专利]一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法及系统

权利要求书

1.一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采集鲸类信号并获得所述鲸类信号的时频谱，基于所述时频谱构建瞬时旋转方向算子模型，得到瞬时旋转算子；

S2.用线性调频信号表示所述鲸类信号，对所述线性调频信号进行二阶泰勒公式展开，得到二阶信号模型，并计算所述二阶信号模型的短时傅里叶变换；

S3.基于所述短时傅里叶变换关于时间的偏导，得到瞬时频率重排算子，基于所述短时傅里叶变换关于频率的偏导和时移，得到群延迟重排算子；

S4.基于所述瞬时频率重排算子和所述群延迟重排算子，构建瞬时频率估计模型；

S5.基于所述瞬时旋转算子和所述瞬时频率估计模型，计算脊线瞬时方向角，得到脊线时频点，利用变频带宽函数惩罚项，对所述脊线时频点进行约束校正，得到预测时频点；

S6.基于所述预测时频点得到脊线预测结果。

2.根据权利要求1所述一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，所述瞬时旋转方向算子模型包括：

其中，θ(t，j)表示所估计的方向脊线的所述瞬时旋转算子，th表示窗函数th(t)，h表示窗函数h(t)，S^h(t，f)和S^th(t，f)分别表示窗函数为h(t)和th(t)的短时傅里叶变换，t表示时间，f表示频率。

3.根据权利要求1所述一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，所述二阶信号模型包括：

其中，φ′(t)表示所述线性调频信号的相位φ(t)的一阶导数，φ″(t)表示所述线性调频信号的相位φ(t)的二阶导数，t表示时间。

4.根据权利要求1所述一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，所述短时傅里叶变换包括：

其中，表示函数在频率f-φ′(t)处的傅里叶变换，t表示时间，f表示频率。

5.根据权利要求1所述一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，所述瞬时频率重排算子包括：

所述群延迟重排算子包括：

其中，S(t，f)表示短时傅里叶变换，t表示时间，f表示频率，表示函数在频率f-φ′(t)处的傅里叶变换，表示函数在频率f-φ′(t)处的傅里叶变换。

6.根据权利要求1所述一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，所述瞬时频率估计模型包括：

其中，φ′(t)表示所述线性调频信号的相位φ(t)的一阶导数，φ″(t)表示所述线性调频信号的相位φ′(t)的二阶导数，t表示时间，f表示频率，表示所述群延迟重排算子。

7.根据权利要求1所述一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，所述脊线瞬时方向角的计算方法包括：

所述脊线时频点包括：

其中，θ(t，f)表示所估计的方向脊线的所述瞬时旋转算子，所述脊线瞬时方向角β＝tan(θ(t，f))，t表示时间，f表示频率，表示所述群延迟重排算子，表示所述瞬时频率重排算子，表示函数的导数在频率f-φ′(t)处的傅里叶变换，表示函数在频率f-φ′(t)处的傅里叶变换，表示函数在频率f-φ′(t)处的傅里叶变换。

8.根据权利要求1所述一种鲸类信号重叠分量的方向脊线预测追踪方法，其特征在于，所述变频带宽函数惩罚项包括：

所述预测时频点的计算方法包括：

其中，t表示时间，k_m(t)表示惩罚因子，N_f为频率采样个数，p_m(τ-1)为第m分量脊线估计的峰值点，Δf为频率分辨率，Δω∈[Δ∈^-，Δ∈⁺]为频带惩罚约束范围，δ_S为脊线的时频幅度阈值。