[發明專利]一種鯨類信號重疊分量的方向脊線預測追蹤方法及系統

有效

• 申請號: 202310271243.8
• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116312623B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 苗永春;荊素巖;李迎松
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G10L25/48
• 分類號: G10L25/48;G10L19/02;G10L25/18
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 賈耀淇

本申請公開了一種鯨類信號重疊分量的方向脊線預測追蹤方法及系統，方法包括：采集鯨類信號并獲得鯨類信號的時頻譜，基于時頻譜構建瞬時旋轉方向算子模型得到瞬時旋轉算子；用線性調頻信號表示鯨類信號對線性調頻信號進行二階泰勒公式展開，得到二階信號模型，并計算其短時傅里葉變換；基于短時傅里葉變換關于時間的偏導得到瞬時頻率重排算子，基于短時傅里葉變換關于頻率的偏導和時移得到群延遲重排算子；基于瞬時頻率重排算子和群延遲重排算子構建瞬時頻率估計模型；基于瞬時旋轉算子和瞬時頻率估計模型計算脊線瞬時方向角，得到脊線時頻點，利用變頻帶寬函數懲罰項對脊線時頻點進行約束校正，得到預測時頻點；基于預測時頻點得到脊線預測結果。

技術領域

本申請涉及海洋鯨類聲音信號處理技術領域，具體涉及一種鯨類信號重疊分量的方向脊線預測追蹤方法及系統。

背景技術

近年來，海洋鯨類擱淺數量不斷攀升，鯨類擱淺背后的原因一直是未解之謎。利用海洋被動聲學監測系統對海洋水下聲場信息感知，檢測鯨類聲音事件，尤其鯨類擱淺前的聲音事件十分關鍵。對于鯨類重疊聲音事件檢測面臨的主要難題是如何對重疊聲音事件分離？

依據鯨類聲音事件時頻譜，估計重疊分量時頻結構的脊線，再對脊線聚類能實現鯨類重疊聲音分離。傳統自動脊線提取方法受重疊分量影響，很難準確提取脊線結構信息。為了解決重疊分量脊線估計問題，研究者提出了隨機樣本共識算法、固有模式調頻分解、固有調頻分量分解、快速瞬時頻率追蹤算法等。然而，這些算法依賴于預設分量數目，不適用于參數未知的鯨類信號。為了估計鯨類分量時頻結構的脊線，提出一種自動脊線提取(Automatic?Ridge?Extraction,AREA)算法能估計重疊分量的脊線。然而，AREA受時頻分辨率影響，在頻點重疊出脊線估計的誤差較高，尤其受海洋背景高噪聲影響，增大重疊脊線估計的難度。因此，低時頻分辨率下重疊分量的脊線估計是本領域仍亟待解決的關鍵問題。

發明內容

本申請旨在解決現有技術的不足，提出一種鯨類信號重疊分量的方向脊線預測追蹤方法及系統，用于提取鯨類信號音調重疊分量的脊線，尤其對海洋背景噪聲或低時頻分辨率下具有較高的魯棒性，降低脊線估計誤差。

為實現上述目的，本申請提供了如下方案：

一種鯨類信號重疊分量的方向脊線預測追蹤方法，包括以下步驟：

S1.采集鯨類信號并獲得所述鯨類信號的時頻譜，基于所述時頻譜構建瞬時旋轉方向算子模型，得到瞬時旋轉算子；

S2.用線性調頻信號表示所述鯨類信號，對所述線性調頻信號進行二階泰勒公式展開，得到二階信號模型，并計算所述二階信號模型的短時傅里葉變換；

S3.基于所述短時傅里葉變換關于時間的偏導，得到瞬時頻率重排算子，基于所述短時傅里葉變換關于頻率的偏導和時移，得到群延遲重排算子；

S4.基于所述瞬時頻率重排算子和所述群延遲重排算子，構建瞬時頻率估計模型；

S5.基于所述瞬時旋轉算子和所述瞬時頻率估計模型，計算脊線瞬時方向角，得到脊線時頻點，利用變頻帶寬函數懲罰項，對所述脊線時頻點進行約束校正，得到預測時頻點；

S6.基于所述預測時頻點得到脊線預測結果。

優選的，所述瞬時旋轉方向算子模型包括：

其中，θ(t，f)表示所估計的方向脊線的所述瞬時旋轉算子，th表示窗函數th(t)，h表示窗函數h(t)，S^h(t，f)和S^th(t，f)分別表示窗函數為h(t)和th(t)的短時傅里葉變換，t表示時間，f表示頻率。

優選的，所述二階信號模型包括：