[發(fā)明專利]一種降低低頻噪聲級的背景均衡方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110161326.2
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112924956B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱家華;張兵兵;彭承彥;徐國軍;吳艷群;張衛(wèi)華;郭微;胡正良;朱敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01S7/537
• 分類號: G01S7/537
• 代理公司: 湖南企企衛(wèi)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

本發(fā)明屬于聲納信號顯示技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種降低低頻噪聲級的背景均衡方法，該方法設(shè)計了一種新的背景均衡模式，通過分段搜索時頻圖圖像中的峰值和谷值并與預(yù)設(shè)門限進(jìn)行比較，然后通過逐點最小值處理輸出背景均衡后的時頻圖。本發(fā)明的有益結(jié)果是：1.本發(fā)明所提方法不需要人工設(shè)置經(jīng)驗參數(shù)；2.本發(fā)明最終輸出的背景均衡后的時頻圖相比S3PM法、OTA法和波束掃描特征法在各頻點具有更低的平均噪聲級，尤其在低頻段對噪聲的抑制效果更好，使得時頻圖中的線譜能夠被更有效地進(jìn)行檢測分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲納信號顯示技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種降低低頻噪聲級的背景均衡方法。

背景技術(shù)

聲納裝備檢測水下目標(biāo)的一種重要手段是將水下潛艇、魚雷等目標(biāo)的輻射噪聲作為接收信號，然后通過檢測分析接收信號的時間—頻率圖像(以下簡稱時頻圖)中各個頻率分量上的“線譜”(即在某段時間內(nèi)出現(xiàn)的該頻率分量上的亮線，表示該頻率分量在這段時間的幅度較高)，來對目標(biāo)的有無和類型進(jìn)行判斷。通常來說，水下目標(biāo)輻射噪聲的線譜分量主要集中在較低頻段(若無特別說明，后面所指的低頻段一般為1000Hz以下頻段)，分布于低頻段不同頻率分量的線譜是不同類型目標(biāo)區(qū)別于環(huán)境噪聲的主要特征之一。然而由于水下環(huán)境噪聲等因素的影響，時頻圖中各個頻率分量中均會存在幅度強(qiáng)弱不一的噪聲干擾，形成非均勻的干擾背景，嚴(yán)重影響低頻段的線譜檢測分析。另一方面，聲納接收設(shè)備中通常存在較強(qiáng)的低頻自噪聲，這使得時頻圖中低頻段的噪聲干擾相對其他頻段更加明顯。

背景均衡作為一種聲納信號顯示技術(shù)，能降低背景噪聲強(qiáng)度的動態(tài)變化程度，實現(xiàn)所謂的恒虛警檢測。其主要目的是為了減弱非均勻干擾背景的影響，使數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍適應(yīng)圖形顯示要求。具體是通過對時頻圖圖像進(jìn)行處理，使非均勻干擾背景變成均勻干擾背景，即各個頻率分量中的噪聲干擾幅度變得強(qiáng)弱差不多。這樣時頻圖中就不會出現(xiàn)成片的強(qiáng)噪聲干擾，得到較為干凈的顯示畫面，從而有效檢測分析各頻率分量中的線譜，提高對目標(biāo)的檢測能力。

目前常用的背景均衡方法包括雙邊分離窗法(two-pass split-windownormalizer,S3PM)(S.Stergiopoulo.Noise normalization technique for beamformedtowed array data[J].The Journal of the Acoustical Society of America,1995,97(4):2334-2345.)、排序截斷平均法(order truncate average,OTA)(鄭佼.被動聲納顯示優(yōu)化技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013.)和波束掃描特征法(鄭佼.被動聲納顯示優(yōu)化技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013.)等。

上述方法中，S3PM法需要用到三個經(jīng)驗參數(shù)：雙邊分離窗的絕對值上下限G與E，以及門限常數(shù)p；OTA法需要用到兩個經(jīng)驗參數(shù)：窗口長度K和門限常數(shù)α；波束掃描特征法不需要用到經(jīng)驗參數(shù)。當(dāng)經(jīng)驗參數(shù)設(shè)置合適時，這三種方法對同一幅時頻圖圖像進(jìn)行處理后的平均噪聲級排序為：OTA法最好(平均噪聲級最低)，波束掃描特征法其次，S3PM法再次。但是，盡管這三種方法可以有效減少時頻圖中的非均勻干擾背景，但它們均不能較好地抑制由聲納接收設(shè)備產(chǎn)生的低頻噪聲；此外，OTA法和S3PM法的性能較多地依賴于人工設(shè)置的經(jīng)驗參數(shù)，如果經(jīng)驗參數(shù)設(shè)置不合適，這兩種方法的效果會大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提出一種降低低頻噪聲級的背景均衡方法，該方法設(shè)計了一種新的背景均衡模式，通過分段搜索時頻圖圖像中的峰值和谷值并將獲得的兩組新序列進(jìn)行逐點比較，然后通過逐點最小值處理輸出背景均衡后的時頻圖。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：

第一步，取出時頻圖中某一時刻t對應(yīng)的數(shù)據(jù)行向量，t＝1,2,...,T，T表示時頻圖在時間維上的像素點數(shù)；若對應(yīng)數(shù)據(jù)為列向量則將其轉(zhuǎn)置為行向量。

第二步，搜索得到數(shù)據(jù)行向量中的所有峰值和所有谷值。