[發明專利]一種基于序貫環境學習的弱水聲目標線譜自主提取方法

有效

• 申請號: 202010941363.0
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN111929666B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 方世良;劉清宇;朱傳奇;安良
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539;G01S7/537;G01S15/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

1.一種基于序貫環境學習的弱水聲目標線譜自主提取方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，獲取水聲信號，并對獲取的水聲信號進行功率譜估計得到功率譜；

步驟2，對得到的功率譜進行自主線譜提取得到線譜；

步驟3，環境線譜序貫學習與更新；

步驟3-1，記，，，其中，為自主提取線譜動態信息矩陣，為線譜索引，為最大線譜數量，表示第根線譜各處理幀提取信息的索引，為每根線譜允許存儲的最大歷史幀數，自主提取線譜動態信息矩陣第1列中存放第根線譜的頻率，自主提取線譜動態信息矩陣第2列中存放幀中自主提取到第根線譜的次數，自主提取線譜動態信息矩陣第列中存放最近幀第線譜單幀提取結果，提取到結果為1，否則結果為0，，按如下方式對自主提取線譜動態信息矩陣進行數據搬移：

步驟3-1-1，初始化，令；

步驟3-1-2，令，，為自主提取線譜動態信息矩陣當前存儲的線譜數；

步驟3-1-3，令，若；則返回步驟3-1-2繼續進行數據搬移，否則進入步驟3-1-4；

步驟3-1-4，數據搬移結束，令，，；

步驟3-2，若本幀水聽器采集信號中提取的線譜個數K=0，N為本幀水聽器采集信號長度，回到步驟1進行下一幀數據處理，否則根據本幀提取的K根線譜按照1~K的順序對自主提取線譜動態信息矩陣進行數據更新，每根線譜的處理步驟如下：

步驟3-2-1，尋找第k根線譜在中的更新位置：

其中，表示中已有的U根線譜與第k根線譜頻率維最小距離，表示第k根線譜的精測頻率，為判斷是否為同頻線譜的門限，若最小頻率維距離小于門限，則判為同頻線譜，更新位置取最小距離對應的序號u，否則第k根線譜作為新增線譜，更新位置取，并更新線譜個數；

步驟3-2-2，更新中第行信息：

步驟3-3，設定環境線譜判別門限，判斷中的U根線譜是否存在環境線譜，若有，記錄環境線譜頻率，具體步驟如下：

步驟3-3-1，初始化令，環境線譜索引初始值記為；

步驟3-3-2，若第根線譜滿足如下條件：

則將該線譜判為環境線譜，令，第根環境線譜頻率記為；

步驟3-3-3，令，若，則返回步驟3-3-2繼續進行環境線譜判別，否則結束判別，環境線譜總數記為；

步驟4，對當前功率譜進行環境線譜抑制處理獲得重構功率譜；

步驟4-1，初始化重構功率為，表示重構功率譜，為各子序列長度；

步驟4-2，對本幀自主提取線譜按照線譜強度進行從大到小排序，記獲得的新線譜頻率序列為，表示提取到的線譜數量；

步驟4-3，初始化線譜索引；

步驟4-4，判斷新線譜頻率序列的線譜是否為環境線譜，如是進入步驟4-5，否則進入步驟4-6，具體判斷方法如下：

若存在滿足如下條件則將第根線譜判定為環境線譜：

其中，為同頻環境線譜判決門限；

步驟4-5，按如下方式對第根線譜進行環境線譜抑制處理重構功率譜：

步驟4-5-1，生成長度為的第根線譜的時域信號：

為水聲節點接收信號數字化過程中的采樣率；

步驟4-5-2，計算的功率譜：

其中，，表示的功率譜，為的第個子序列，表示相繼子序列的偏移點數，，，表示線譜自主提取頻帶下限頻率對應的離散頻率索引，表示線譜自主提取頻帶上限頻率對應的離散頻率索引；

步驟4-5-3，按下式計算剔除線譜頻率序列的線譜分量后的重構功率譜：

其中，表示求取在范圍內的最大值，表示求取在范圍內的最大值；

步驟4-6，令，若則返回步驟4-4，否則功率譜重構結束；

步驟5，對重構功率譜進行自主線譜提取獲得疑似弱目標線譜；

步驟5-1，將重構的功率譜通過階中值濾波器得到重構的功率譜趨勢項，，則重構的功率譜與重構的功率譜趨勢項的重構的差值譜為：

的重構的規范化差值譜為：

其中，表示求取的標準差；

步驟5-2，遍歷重構的規范化差值譜進行疑似弱目標線譜自主提取，包括如下步驟：

步驟5-2-1，設定疑似弱目標線譜檢測門限，令線譜索引，遍歷起始頻率索引為；

步驟5-2-2，若滿足如下條件：

則將判為疑似弱目標線譜，令線譜索引；

步驟5-2-3，令，則第根疑似弱目標線譜頻率插值的相對偏差為：

第根疑似弱目標線譜的精測頻率為：

其中，表示第根疑似弱目標線譜左邊頻點幅度值，表示第根疑似弱目標線譜幅度值，表示第根疑似弱目標線譜右邊頻點幅度值，表示第根疑似弱目標線譜的精測頻率，為長度為的離散傅里葉變換的頻率分辨率；

步驟5-2-4，令，若，則返回步驟5-2-2繼續進行疑似弱目標線譜提取，否則重構功率譜疑似弱目標線譜自主提取結束，提取到的疑似弱目標線譜數量記為；

步驟6，對疑似線譜進行序貫性分析實現弱目標線譜自主辨識：

步驟6-1，記，為疑似弱目標線譜動態信息矩陣，其中，為疑似弱目標線譜索引，為疑似弱目標線譜最大線譜數量，表示第根疑似弱目標線譜各處理幀提取信息的索引，為疑似弱目標線譜每根線譜允許存儲的最大歷史幀數，疑似弱目標線譜動態信息矩陣第1列中存放第根疑似弱目標線譜的頻率，疑似弱目標線譜動態信息矩陣第2列中存放幀重構功率譜疑似弱目標線譜自主提取中提取到第根線譜的次數，疑似弱目標線譜動態信息矩陣第列中存放最近幀第根線譜單幀疑似弱目標線譜提取結果，提取到結果為1，否則結果為0，按如下方式對疑似弱目標線譜動態信息矩陣進行數據搬移處理：

步驟6-1-1，初始化，令；

步驟6-1-2，令，為疑似弱目標線譜動態信息矩陣當前存儲的線譜數；

步驟6-1-3，令，若；則返回步驟6-1-2繼續進行數據搬移，否則進入步驟6-1-4；

步驟6-1-4，數據搬移結束，令；

步驟6-2，若本幀重構功率譜中提取到的疑似弱目標線譜個數，回到步驟1進行下一幀數據處理，否則按如下方式對疑似弱目標線譜動態信息矩陣進行數據更新，并進行弱目標線譜辨識，每根疑似弱目標線譜的處理步驟如下：

步驟6-2-1，尋找第根線譜在中的更新位置：

其中，表示中已有的A根線譜與第q根線譜頻率維最小距離，為判斷是否為同頻疑似弱目標線譜的門限，若最小頻率維距離小于門限，則判為同頻線譜，更新位置取最小距離對應的序號a，否則第q根線譜作為新增線譜，更新位置取A+1，并更新線譜個數A=A+1；

步驟6-2-2，更新中第行信息：

其中，為中第行第1列，用于存放第q根線譜頻率，為中第行第3列，用于存放本處理幀第q根線譜單幀提取結果，1表示有提取到，為第q根線譜提取到的次數；

步驟6-2-3，判斷第q根線譜是否為弱目標線譜，判斷條件為：

若滿足條件，則判為弱目標線譜，令，記第根弱目標線譜頻率為；

其中，表示弱目標線譜提取門限；

步驟6-2-4，令，若，則返回步驟6-2-2，否則數據更新及弱目標線譜辨識結束。