[發明專利]一種矢量傳感的多通道空間合成方位濾波方法

有效

• 申請號: 201910762326.0
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110390073B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 申曉紅;董海濤;王海燕;鎖健;馬石磊;孫琦璇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/15
• 分類號: G06F17/15;G06F17/12;G01H3/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明提供了一種矢量傳感的多通道空間合成方位濾波方法，利用矢量傳感器采集4通道信號，設定波達方向的角度搜索范圍間隔，對應將給出水平方向角的角度范圍的分割為多個搜索空間角度范圍的集合，對多空間方位的每一個搜索范圍間隔Δθ進行矢量合成，將合成信號與聲壓信號p(t)做互相關，對相關度值進行排序，選擇最大相關度值并輸出其所對應的合成信號。本發明利用矢量傳感接收信號的空間方位特性，對平面振速通道的離散空間合成，利用噪聲的空間性及信號的方位性，通過對合成信號與聲壓通道的相關性實現方位濾波，濾除空間其他方位的干擾信息，解決了傳統標量聲傳感技術下濾波降噪的難題。

技術領域

本發明涉及信號處理領域，尤其是一種新型水下矢量信號處理方法。

背景技術

21世紀以來，世界各國在政治、經濟、軍事方面圍繞海洋領域的競爭愈演愈烈，世界各國均提出了相應的海洋發展戰略，對海洋資源的保護、開發、利用已成為世界共同關注的焦點。當前，我國的國家核心利益主要體現在經濟發展和安全權益兩個方面，經濟建設是改革開放以來的中心任務，而維護海洋權益是新時期實現海洋強國的根本保證。因此，研究先進的微弱信號檢測方法對遠距離水中目標探測和識別具有巨大的研究價值和現實意義。

矢量聲信號是由矢量水聽器對聲場空間一點處的聲壓和質點振速的若干正交分量直接測量所得，與傳統水聽器測得的聲壓信號相比，矢量水聽器(UAV)一般包含一個聲場的聲壓(標量)通道以及三個聲場振速的三維正交矢量通道，能夠反映更加完整的聲場信息，可以支持更豐富的信號處理方法及應用需求。

針對這種新型的矢量傳感器，利用其獨有的空間方位特性開展信號處理的方法是一個值得深入的研究方向，由于環境噪聲具空間性，其本質是產生自不同方位、不同距離的合成，因此利用矢量合成來實現方位濾波方法可以得到強的空間指向性，進而提升濾波降噪性能，能夠為空間方位相關的信號處理方法及應用奠定基礎。

發明內容

為了克服現有技術的不足，針對常規方法依賴先驗信息、在遠距離低信噪比下效果變差的問題，本發明提供一種矢量傳感的多通道空間合成方位濾波方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案的具體步驟如下：

第一步：利用矢量傳感器采集4通道信號，聲壓p(t)及正交的三維振速分量v_x(t)、v_y(t)、v_z(t)，各通道的接收信號表示為：

其中s(t)為目標信號，n_p(t)、n_x(t)、n_y(t)、n_z(t)表示各通道的噪聲，為獨立同分布的；ρ為環境密度，c為聲速，θ為水平方向角，α為俯仰角，表示為向量形式r：

r＝s(t)I+n (2)

式中I為振速的方向矢量，n為噪聲方向矢量：

第二步：考慮二維平面，初始化波達方向的水平方向角θ的角度范圍[0,2π]；

第三步：設定波達方向的角度搜索范圍間隔為Δθ，對應將給出水平方向角θ的角度范圍[0,2π]的分割為多個搜索空間角度范圍的集合{[θ₁,θ₂],[θ₂,θ₃],...,[θ_M-1,θ_M]}，θ₁＝0,θ_M＝2π,Δθ＝2π/M為一個確定的值，實際中M的取值可根據要求的精度與算法復雜度進行折衷選取，一般Δθ＝1°；

第四步：對多空間方位的每一個搜索范圍間隔Δθ進行矢量合成，得到合成后的信號：