[發明專利]淺海多途聲信號分解方法

有效

• 申請號: 201510012169.3
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104535989B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 趙安邦;何呈;惠娟;牛芳;宋雪晶;祝令國;程越;曾才高;畢雪潔;馬琳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S7/527
• 分類號: G01S7/527;G01S7/536;G01S15/02
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技術領域

本發明屬于信號處理領域，尤其涉及能夠得到各個多途子信號的，淺海多途聲信號分解方法。

背景技術

中國大部分海域為淺海，很多水聲設備在淺海中工作。淺海中影響聲傳播與接收的一個關鍵因素是多途干擾，在水聲通信系統中造成碼間干擾，影響通信速率；在目標回聲測試中，使目標的入射波在時間和空間上混疊，無法獲得目標在固定方向的響應。多途信號分離能夠降低接收干擾，提高設備在淺海中的工作性能。研究淺海多途信號分離具有重要理論意義和實用價值。

淺海中聲傳播問題研究始于十九世紀初，此后，人們對此問題上展開了持續的研究。在1944年，Pekeris為了解釋爆炸脈沖在淺海中傳播問題，提出了淺海聲傳播模型。隨后，Smith計算了淺海平均脈沖響應，Schneider計算了淺海中粗糙海底界面散射，這些研究主要研究淺海信道的傳播損失，用于估測聲納作用距離，這也是至今大多數淺海信道研究一個重要方向，但未對點聲源的聲線做研究。Weinberg和Burridge提出了射線聲學模型，將點聲源的淺海信道使用垂直和水平的2D聲線表示。目前，對淺海點聲源信道的研究仍使用此方法，通過求解信道本征聲線得到聲信道的沖擊響應函數，每條聲線使用具有幅度和時延的δ函數表示。這種方法簡化了聲線對聲波的作用，無法體現各個子信道的頻率和相位特性，具有較大局限性。淺海中，各個多途子信道對發射信號具有怎樣的影響，如何分離各個多途子信號，目前，國內外鮮見對此方向深入探討的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠分離各個多途子信號的，淺海多途聲信號分解方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

淺海多途聲信號分解方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：聲納發射裝置發射信號x(t)，聲納接收裝置接收信號y(t)；

步驟二：從接收到的信號y(t)提取出各個多途聲信號的延遲τ_i,i＝0,1,…,N-1，N為淺海信道的多途個數；

步驟三：根據提取出各個多途聲信號的延遲τ_i對發射的信號x(t)做時延，獲得一個實源信號x(t-τ₀)和N-1個虛源信號x(t-τ_i),i＝1,…,N-1；

步驟四：將得到的實源信號x(t-τ₀)和N-1個虛源信號x(t-τ_i)作為輸入，將接收到的信號y(t)作為輸出，構建ARX模型，求解ARX模型的系數及階數；

步驟五：令第k個虛源信號為輸入，送入ARX模型，其余k-1個虛源信號設置為0，得到一條聲信號；

步驟六：令k＝k+1，重復步驟五，直到k＝N，得到N條聲信號。

本發明淺海多途聲信號分解方法，還可以包括：

1、構建ARX模型為：

其中，a_i和b_ji是ARX模型的參數，i＝1,2,…,n；j＝0,1,…,N-1，n為ARX模型的階次，q為延遲因子。

2、從接收到的信號y(t)提取出各個多途聲信號的延遲τ_i采用的方法為分數階傅立葉變換方法或者拷貝相關法。

有益效果：

本發明將聲傳播過程使用ARX模型建模，與水聲領域的其他模型相比，是一種相對完備且簡潔有效的建模方法；由于ARX模型中引入噪聲參量e(t)，模型具有較高的穩健性和較強的抗干擾性能，適合工程應用；將淺海界面對聲接收的影響等效為多個虛源的作用，增加了信號的維度，有效提高了多途信號的可分解性。以發射的電信號作為虛源的參考，將聲發射以及聲接收的系統函數均包含在ARX模型中，操作程序大大簡化，具有很強的可操作性。

附圖說明

圖1為淺海多途聲信號分解方法流程圖；

圖2為多途聲信號的傳輸示意圖；

圖3為圖2的虛源法示意圖；

圖4(a)為驅動換能器的電信號；

圖4(b)為水聽器接收到的聲信號；

圖5為圖4(b)的最優次分數階傅立葉變換輸出；

圖6中為ARX的輸出；

圖7(a)為ARX預測輸出的直達聲，圖7(b)為消聲水池實測得到的直達聲信號；

圖8(a)第1個多途信號，圖8(b)第2個多途信號，圖8(c)第3個多途信號，圖8(d)第4個多途信號，圖8(e)第5個多途信號，圖8(f)第6個多途信號。

具體實施方式