[發(fā)明專利]一種針對低速運動聲源的被動聲學測速測距方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810853692.2
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108646248B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊益新;梁寧寧;郭西京
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G01S15/58
• 分類號: G01S15/58;G01S7/539
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種針對低速運動聲源的被動聲學測速測距方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、獲取傳感器的接收信號s(n)：目標在勻低速直線運動過程中自身噪聲信號被傳感器捕獲，傳感器將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號記為s(n)；

步驟2、根據(jù)STFT確定待分析譜線所在的頻率范圍：對s(n)做短時傅里葉變換STFT得到時頻分布，從中選擇一條能量最強的瞬時頻率變化曲線，確定其最大頻率偏移和最小頻率偏移的頻率范圍；

步驟3、設(shè)定待定參數(shù)的初始值：

頻移模型

式中n＝0,1,…,N-1指示離散時間變化，N表示離散信號s(n)的長度，聲速c和采樣間隔Δt為已知常量，待定的參數(shù)共有4個，分別是原始線譜的頻率f₀、噪聲源的速度v、CPA時刻τ_c和CPA距離R_c；

初始待定參數(shù)中頻率f₀⁰設(shè)定為步驟2得到的頻率范圍的中心頻率；

噪聲源的初始速度v⁰、CPA時刻τ_c⁰和CPA距離R_c⁰設(shè)定為大于0的任意值；

步驟4、輸入待定參數(shù)，通過D-C-CZT方法得到s(n)的時頻分布：

D-C-CZT定義：

所述

式中k＝0,1,…,N_w-1指示離散頻率變化，N_w代表加窗的長度，D＝(f₀,v,τ_c,R_c)代表迭代過程中不斷更新的4個參數(shù)，是旋轉(zhuǎn)算子，是頻移算子，兩個算子起提高時頻聚集度的作用，w_σ是窗函數(shù)，A＝exp(j2πf_b)，W＝exp(j2πΔf)，其中f_b代表頻率細化的起始頻率，Δf代表頻率細化的間隔；

所述頻率細化的范圍即為步驟2)中待分析譜線所在的頻率范圍；

高斯窗函數(shù)w_σ(n)＝exp(-0.5(n/σ)²)

式中，σ＝(N_w-1)/5表示高斯窗的標準差，|n|＞(N_w-1)/2時w_σ(n)＝0；

步驟5、從時頻分布中提取瞬時頻率變化：從步驟4得到的s(n)時頻分布中提取譜峰得到一組不同時刻下的譜峰頻率f(n)，即為瞬時頻率變化；

步驟6、基于最小二乘準則得到待定參數(shù)估計值：基于最小二乘準則，利用頻移模型擬合瞬時頻率變化f(n)獲取頻移模型中待定參數(shù)的估計值：頻率f₀^s、噪聲源速度v^s、CPA時刻τ_c^s和CPA距離R_c^s，其中上角標s代表D-C-CZT迭代次數(shù)；

基于最小二乘準則，利用頻移模型擬合瞬時頻率變化f(n)的問題寫作如下形式：

該優(yōu)化問題可以采用高斯牛頓迭代方法解決，迭代公式如下：

D^s+1＝D^s-(J^TJ)^-1J^T(f-f_Ds)

上式中s代表迭代次數(shù)，代表雅可比矩陣；當高斯牛頓迭代算法收斂后可得到待定參數(shù)估計值；

步驟7：將待定參數(shù)估計值作為下次迭代的待定參數(shù)輸入值，重復步驟4～步驟6，當滿足終止迭代的判定條件時，即得到準確的速度估計值；

所述終止迭代的判定條件：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對低速運動聲源的被動聲學測速測距方法，其特征在于：所述步驟5中選取n在N_w/2到N-N_w/2-1之間的瞬時頻率變化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對低速運動聲源的被動聲學測速測距方法，其特征在于：閾值δ為