[發明專利]頻散特性提取方法、裝置及系統

在審

• 申請號: 201710114309.7
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106842173A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 祝捍皓;鄭廣學;鄭紅;湯云峰;林建民
• 申請（專利權）人: 浙江海洋大學
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙)11368
• 代理人: 孫國棟

1.一種頻散特性提取方法，其特征在于，包括：

接收設置于水下的至少一個接收水聽器采集的多個水聲信號，當所述接收水聽器為至少兩個時，至少兩個接收水聽器水平、等間隔按陣列方式布放；當所述接收水聽器為一個時，多個所述水聲信號為該接收水聽器在不同的位置點上接收得到，任意相鄰的兩個所述位置點是由所述接收水聽器與所述發射換能器之間的距離為在不同時刻沿直線等間隔變化得到的；

構建包含多個所述水聲信號的信號矩陣；

對所述信號矩陣中不同時刻、相同位置點的水聲信號從時間域變換至頻率域；并且，對所述信號矩陣中相同時刻、不同位置點的所述水聲信號從空間域變換至波數域；

建立關于所述頻率域和所述波數域的頻率-波數坐標系，提取變換后的所述信號矩陣在所述坐標系中的極大值點；

根據所述極大值點在頻率-波數坐標系上的坐標位置計算水聲信號的各個頻率分量在水下的傳播速度，進而得到所述水聲信號在水下傳播過程中的頻散特征。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述信號矩陣中不同時刻、相同位置點的水聲信號從時間域變換至頻率域，包括：

對所述信號矩陣中不同時刻、相同位置點的水聲信號分別利用傅立葉變換算法從時間域變換至頻率域，得到所述信號矩陣中水聲信號的頻譜。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述信號矩陣中相同時刻、不同位置點的所述水聲信號從空間域變換至波數域，包括：

對所述信號矩陣中相同時刻、不同位置點的所述水聲信號對應的頻譜分別利用傅立葉變換算法從空間域變換至波數域，得到信號矩陣中水聲信號的波數譜。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，相鄰兩個所述位置點之間的水平距離小于等于預設波長，所述預設波長為所述水聲信號的發射帶寬對應的最小波長的一半。

5.一種頻散特性提取裝置，其特征在于，包括：

接收模塊，用于接收設置于水下的至少一個接收水聽器采集的多個水聲信號，當所述接收水聽器為至少兩個時，至少兩個接收水聽器水平、等間隔按陣列方式布放；當所述接收水聽器為一個時，多個所述水聲信號為該接收水聽器在不同的位置點上接收得到，任意相鄰的兩個所述位置點是由所述接收水聽器與所述發射換能器之間的距離為在不同時刻沿直線等間隔變化得到的；

構建模塊，用于構建包含多個所述水聲信號的信號矩陣；

變換模塊，用于對所述信號矩陣中不同時刻、相同位置點的水聲信號從時間域變換至頻率域；并且，對所述信號矩陣中相同時刻、不同位置點的所述水聲信號從空間域變換至波數域；

建立提取模塊，用于建立關于所述頻率域和所述波數域的頻率-波數坐標系，提取變換后的所述信號矩陣在所述坐標系中的極大值點；

計算模塊，根據所述極大值點在頻率-波數坐標系上的坐標位置計算水聲信號的各個頻率分量在水下的傳播速度，進而得到所述水聲信號在水下傳播過程中的頻散特征。

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述變換模塊，還用于：

對所述信號矩陣中不同時刻、相同位置點的水聲信號分別利用傅立葉變換算法從時間域變換至頻率域，得到所述信號矩陣中水聲信號的頻譜。

7.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述變換模塊，還用于：

對所述信號矩陣中相同時刻、不同位置點的所述水聲信號對應的頻譜分別利用傅立葉變換算法從空間域變換至波數域，得到信號矩陣中水聲信號的波數譜。

8.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，相鄰兩個所述位置點之間的水平距離小于等于預設波長，所述預設波長為所述水聲信號的發射帶寬對應的最小波長的一半。

9.一種頻散特性提取系統，其特征在于，包括：用于在水池實驗條件下執行權利要求1至4任意一項所述的頻散特性提取方法的處理機和移動平臺，以及，設置于水池內部的發射換能器、接收水聽器、海底模擬板和固定支架；

所述移動平臺設置于所述水池上方，所述發射換能器固定于所述移動平臺上，所述接收水聽器與所述移動平臺滑動連接，所述接收水聽器用于在不同的位置點上接收水聲信號，任意相鄰的兩個所述位置點是由所述接收水聽器與所述發射換能器之間的距離在不同時刻等間隔、水平變化得到的；

所述海底模擬板設置于所述固定支架頂部，所述固定支架與所述水池的底部固定；

所述處理機用于接收設置于水下的至少一個接收水聽器采集的多個水聲信號，當所述接收水聽器為至少兩個時，至少兩個接收水聽器水平、等間隔按陣列方式布放；當所述接收水聽器為一個時，多個所述水聲信號為該接收水聽器在不同的位置點上接收得到，任意相鄰的兩個所述位置點是由所述接收水聽器與所述發射換能器之間的距離為在不同時刻沿直線等間隔變化得到的；構建包含多個所述水聲信號的信號矩陣；對所述信號矩陣中不同時刻、相同位置點的水聲信號從時間域變換至頻率域；并且，對所述信號矩陣中相同時刻、不同位置點的所述水聲信號從空間域變換至波數域；建立關于所述頻率域和所述波數域的頻率-波數坐標系，提取變換后的所述信號矩陣在所述坐標系中的極大值點；根據所述極大值點在頻率-波數坐標系上的坐標位置計算水聲信號的各個頻率分量在水下的傳播速度，進而得到所述水聲信號在水下傳播過程中的頻散特征。