[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

技術領域

本發明涉及海洋聲場建模技術領域，尤其涉及一種頻散特性提取方法、裝置及系統。

背景技術

隨著人類海洋意識的提高，探索、研究海洋已經成為時下最熱門的話題之一。由于聲波是目前唯一已知能夠在海洋中遠距離傳播的能量輻射形式，因此研究聲波信號在海洋中的傳播規律，進而將其應用于水下目標探測、水下目標識別、水下通訊、海洋環境監測等實際工程領域就稱為了近代水聲技術的基本研究內容。

由于淺海波導效應，聲信號尤其是低頻聲信號在水下傳播時會產生明顯的頻散現象，主要表現為簡正波本征波數隨頻率變化和脈沖信號的展寬、重疊，這些特性在一定程度上制約了水聲技術的發展和應用。近十幾年來研究人員開始嘗試正面利用頻散特性，并已將其成功應用于對淺海環境參數的獲取和對水下目標的被動估計中。

在應用淺海頻散特性的研究中，如何準確提取不同號簡正波的頻散曲線是分析這一問題的關鍵。傳統對淺海簡正波頻散曲線的提取多利用時-頻分析方法，如短時傅里葉變換(STFT)、Wigner-Ville分布、自適應最優核時頻分布等，通過討論信號在不同時間、不同頻率處的能量強弱分析其傳播過程中的頻散特征。但上述時-頻分析方法均要求遠場測量條件，當聲源與接收點間距較近時，上述時-頻分析方法很難準確分辨多階簡正波的頻散特征。

發明內容

為克服相關技術中存在的問題，本發明提供一種頻散特性提取方法、裝置及系統，以解決聲源與接收點間距較近時，多階簡正波頻散特性分辨不準確的問題。

根據本發明實施例的第一方面，提供一種頻散特性提取方法，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。

可選地，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。

可選地，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。

可選地，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。

根據本公開實施例的第二方面，提供一種可在水池條件下應用本提取方法的提取裝置，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。

可選地，所述變換模塊，還用于：