[發(fā)明專利]一種針對(duì)低速運(yùn)動(dòng)聲源的被動(dòng)聲學(xué)測(cè)速測(cè)距方法

有效

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

本發(fā)明涉及一種針對(duì)低速運(yùn)動(dòng)聲源的被動(dòng)聲學(xué)測(cè)速測(cè)距方法，根據(jù)傳感器的接收信號(hào)s(n)的STFT分析結(jié)果確定待分析譜線所在的頻率范圍，該范圍應(yīng)當(dāng)將這根譜線由于多普勒效應(yīng)所造成的最大頻率偏移和最小頻率偏移包含在內(nèi)，輸入待定參數(shù)，通過定義D?C?CZT方法得到s(n)的時(shí)頻分布，從時(shí)頻分布中提取瞬時(shí)頻率變化，基于最小二乘準(zhǔn)則得到待定參數(shù)估計(jì)值，將待定參數(shù)估計(jì)值作為下次迭代的待定參數(shù)輸入值，重復(fù)計(jì)算直至得到準(zhǔn)確的速度估計(jì)值。本發(fā)明可以精確的提取出傳感器接收信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化，尤其適用于傳感器接收信號(hào)的多普勒頻移特征較為微弱時(shí)的瞬時(shí)頻率變化分析，能夠獲得較高精度的聲源運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)的估計(jì)結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于被動(dòng)聲學(xué)測(cè)速測(cè)距方法，涉及一種針對(duì)低速運(yùn)動(dòng)聲源的被動(dòng)聲學(xué)測(cè)速測(cè)距方法，特別是涉及一種勻低速直線運(yùn)動(dòng)條件下利用單個(gè)聲學(xué)傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)噪聲源的速度及其與傳感器之間的距離進(jìn)行窄帶被動(dòng)估計(jì)的算法。

背景技術(shù)

經(jīng)過檢索，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)與本申請(qǐng)相關(guān)的專利。專利(CN106054159A)“一種多普勒信號(hào)的瞬時(shí)頻率提取方法”發(fā)明了一種可以對(duì)各類激光速度干涉儀的輸出信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)頻率提取的算法，算法中首先使用直接正交法提取離散信號(hào)瞬時(shí)頻率，然后采用多項(xiàng)式擬合離散時(shí)刻的瞬時(shí)頻率，在使用最小二乘準(zhǔn)則確定多項(xiàng)式系數(shù)后，各個(gè)時(shí)刻瞬時(shí)頻率的估計(jì)值都可以根據(jù)多項(xiàng)式得到。本申請(qǐng)?jiān)诎l(fā)明目的、技術(shù)方法和所利用的目標(biāo)物理特征上均有別于專利(CN106054159A)。專利(CN1588124A)“利用多普勒變換的被動(dòng)測(cè)速測(cè)距法及裝置”發(fā)明了一種應(yīng)用于水下和空中動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和定位的一種利用多普勒變換的被動(dòng)測(cè)速測(cè)距法和裝置，該發(fā)明利用基于勻速運(yùn)動(dòng)模型的Dopplerlet變換，分析空中(包括水下和陸上)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)輻射出的聲音信號(hào)，通過定義Dopplerlet基函數(shù)集，采用自適應(yīng)匹配投影塔形分解法，搜索出一組與信號(hào)的主要成分最佳匹配的Dopplerlet基函數(shù)，進(jìn)而準(zhǔn)確地計(jì)算出目標(biāo)的距離、速度以及聲波傳播速度等參數(shù)。本申請(qǐng)?jiān)诎l(fā)明目的和所利用的目標(biāo)物理特征上與專利(CN1588124A)基本一致，在技術(shù)方法上與之相異。

汽車、飛機(jī)、船只等一類運(yùn)動(dòng)目標(biāo)都可以看成是輻射噪聲源，當(dāng)其相對(duì)于接收系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻率會(huì)因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，目標(biāo)的速度、距離等信息就蘊(yùn)含在瞬時(shí)頻率變化之中。Reid等人在研究中指出估計(jì)速度等參數(shù)的關(guān)鍵在于精確估計(jì)觀測(cè)聲信號(hào)的瞬時(shí)頻率(David C.Reid,Abdelhak M.Zoubir,and BoualemBoashash.Aircraft flight parameter estimation based on passive acoustictechniques using the polynomial Wigner–Ville distribution[J].The Journal ofthe Acoustical Society of America,1997,102(1):207-223.)。徐靈基等人使用PCT(Polynomial Chirplet Transform)、WVD(Wigner-Ville Distribution)和STFT(ShortTime Fourier Transform)提取瞬時(shí)頻率變化曲線，成功地從一段勻速直線運(yùn)動(dòng)卡車的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中獲得了卡車的速度、距離等參數(shù)，研究中發(fā)現(xiàn)利用PCT方法較利用WVD方法和STFT方法可獲得更精確的速度估計(jì)結(jié)果(Xu L,Yang Y,Yu S.Analysis of moving sourcecharacteristics using polynomial chirplet transform[J].Journal of theAcoustical Society of America,2015,137(4):EL320-EL326.)。但是基于PCT的測(cè)速測(cè)距方法存在計(jì)算過程耗時(shí)較長(zhǎng)的問題。此外，當(dāng)目標(biāo)以較低速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收信號(hào)的多普勒頻移較為微弱，PCT方法不能精確的提取出接收信號(hào)的瞬時(shí)頻率(犧牲計(jì)算效率增加時(shí)間窗長(zhǎng)度可以在一定程度上提高PCT的頻率分辨能力，考慮到PCT的計(jì)算效率本來就低，犧牲計(jì)算效率的做法不可取)。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題