[發明專利]一種水下瞬態聲信號的檢測方法

有效

• 申請號: 201910136384.2
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN109669160B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 孫大軍;蘭華林;呂云飛;張雪琪;梅繼丹;滕婷婷;師俊杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 畢雅鳳

一種水下瞬態聲信號的檢測方法，屬于多探測節點波形未知、頻帶未知的水下瞬態聲信號檢測領域。本發明為了提高對波形未知、頻帶未知瞬態信號的檢測的穩定性，采用由多個以水聽器陣為探測節點構成的探測網絡，多節點則可以通過相關測得信號到達各節點之間的時延差，實現對聲源位置的定位，從而估計出信號到達各測點的相對時間及相對幅度，從而達到剔除干擾的目的。充分利用信號的時頻特性和空間相干特性，采取節點級和系統級聯合檢測的方式實現對瞬態信號的穩健檢測。本發明適用于水下聲信號檢測使用。

技術領域

本發明屬于多探測節點波形未知、頻帶未知的水下瞬態聲信號檢測領域，主要涉及信號檢測和多節點協同定位技術。

背景技術

信號檢測的根本任務是找出信號與噪聲或干擾的區別。對于海洋環境噪聲的特征信息有可能較為充分地掌握。而瞬態信號的特征是時域波形急劇變化、持續時間短，通常具有非平穩、寬頻帶、能量集中等特點。通常的做法是采用濾波的手段從時域或頻域濾除噪聲的影響，對信號的能量做出最優估計，從而實現對信號的檢測。現有常采用單個水聽器采集瞬態信號，單個水聽器接收到的瞬態信號，由于信號的波形未知、頻帶未知，可以考慮采用分頻帶的信號檢測方式。對于水聽器陣接收到的瞬態信號，可以采用波束形成對信號進行空域濾波，得到目標來波方向的信號，進行檢測。

其中，文獻1“基于小波變換的Power-Law水聲瞬態信號檢測研究”(韓建輝，楊日杰，王偉。系統仿真學報，2008,20(13):3514-3520)提出一種在低信噪比條件下有效分辨信號和噪聲的Power-Law檢測方法，首先針對水聲瞬態信號的特點，采用小波變換對信號去噪，再利用Power-Law檢測方法對瞬態信號進行檢測。

文獻2“基于局部瞬時能量密度級的瞬態信號檢測方法”(王燕，鄒男，付進，梁國龍。電子與信息學報，2013,35(7):1720-1724)提出一種子波檢測和局部瞬時能量密度級雙重降噪的瞬態信號檢測方法，通過自適應選取含有用信號的某階固有模態函數，計算Hilbert能量譜并進行局部積分，濾除子波檢測殘留下來的帶外噪聲。

但是，上述方法對于波形未知、頻帶未知的瞬態信號的情況，均受水聽器空間孔徑帶來有限數據信息的制約，噪聲和干擾對信號檢測影響很大，檢測器的性能難以達到最優。

發明內容

本發明是為了提高對波形未知、頻帶未知瞬態信號的檢測的穩定性，提出了一種水下瞬態聲信號的檢測方法。

本發明所述一種水下瞬態聲信號的檢測方法，該方法基于探測網絡實現；所述探測網絡中每個節點包括多個探測通道，每個探測通道均采用一個水聽器實現，針對波形未知、頻帶未知的水下瞬態聲信號進行檢測，所述水下瞬態聲信號的檢測方法的具體步驟為：

步驟一、同時截取探測網絡中所有節點每個探測通道時間段t_a內接收的聲信號；其中，a代表第a個時間段，t代表時間長度；

步驟二、利用截取的聲信號估計探測網絡中所有節點截取的聲信號的方位角和主頻帶；

步驟三、將估計的探測網絡中所有節點的每個探測通道的主頻帶，作為一個濾波器的濾波通帶，分別對對應節點相應探測通道截取的聲信號的時間序列進行時域濾波；獲得每個節點每個探測通道截取的聲音信號的時域波形；

步驟四、根據步驟二估計的每個節點接收的聲信號的方位，對探測網絡中每個節點的所有探測通道截取的聲音信號的時域波形進行空域濾波，獲得每個探測節點接收信號的方位和時間序列；

步驟五、檢測步驟四獲得的每個探測節點的時間序列的能量；

步驟六、判斷每個探測節點的時間序列的能量是否大于檢測門限值A，若是，則執行步驟七，否則，令t_a＝t_a+1，返回執行步驟一；其中，A為正數；a+1代表第a+1個時間段；

步驟七、利用各節點空域濾波后的時間序列估計相鄰節點間的時延差；