[發明專利]一種基于壓縮感知技術的聲學覆蓋層回聲降低測量方法

有效

• 申請號: 202110013277.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112834623B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 李建龍;張力恒
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/11
• 分類號: G01N29/11;G01N29/44;G01N29/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于壓縮感知技術的聲學覆蓋層回聲降低測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)信號設計、發射及采集：根據發射系統寬帶性能及測試需要設計寬帶發射信號，發射信號由信號發生器輸出經功率放大后通過換能器發射，經過測試信道到達水聽器，由數據采集系統采集接收信號；發射信號的設計：

根據發射系統寬帶性能及測試需要設計寬帶線性調頻信號s，該信號時域表達式為：

其中，f_c為中心頻率，k為調頻率，T_s為線性調頻信號的持續時間，線性調頻信號的帶寬B＝k*T_s，待測頻點f的信號時域表達式為：

s(t)＝ ，-T_s/2≤t≤T_s/2 (2)

2)多徑時延值估計：依照步驟1)中發射信號設計，對寬帶信號使用壓縮感知時延估計算法進行處理，估計得到多徑時延值，由于時延信息與信號頻率無關，該信息可用于其他形式的信號回聲降低測量；多徑時延值的估計方法：

對于接收信號中的寬帶信號部分，取其采樣得到的時域信號中M個點為向量y，M＜N，N為源信號向量的長度，向量y可以表示為：

y＝Dh (12)

其中，為信道沖擊響應h(t)的離散采樣，矩陣為源信號向量循環移位構成的托普利茲矩陣：

式(12)是一個欠定的線性方程組，可以基于壓縮感知方法，對其進行1-范數優化問題求解，重構出信道沖擊響應 向量h，目標函數為：

其中，為信道沖擊響應估計向量，σ為殘差上界；

求解式(13)得到信道沖擊響應估計向量提取其中非零值的坐標得到時延信息為：

Τ＝[τ₁,τ₂...τ_K] (14)

其中，K為多徑數目；

3)試樣回波幅度及回聲降低測量值計算：基于步驟2)中估計的多徑時延值作為先驗信息，使用最小二乘法對待測量頻點的信號進行多徑信道沖擊響應的幅值估計，估計得到多徑幅值，其中直達波幅值為a_i,經聲學覆蓋層式樣反射的回波信號a_r，試樣回聲降低值E_r的計算公式為：

其中，信道響應幅值的估計方法：

使用步驟2)估計的信號多徑時延Τ作為先驗信息，結合最小二乘法對待測量頻點f進行信道沖激響應的幅值估計，目標函數為：

其中，為頻點f的信道沖擊響應估計向量，向量y_f為頻點f的接收信號，矩陣A的組成為：

其中，A為L×K維的矩陣，0為零向量，向量s_f為式(2)表示的單頻信號的離散采樣，信號頻率為待測頻點f，L為矩陣總長度，零向量長度τ_i為式(14)求解得到。