[发明专利]基于频分系统实现水下多目标时延估计处理的方法

说明书

本发明涉及一种基于频分系统实现水下多目标时延估计处理的方法，包括(1)接收信号分帧，计算信号短时能量；(2)接收信号加窗预处理并计算不同频段目标信号的能量；(3)计算不同目标信号的能量最大值，将能力先验值的取值更新为能量最大值的取值；(4)累加目标信号的时间脉宽；(5)计算信号包络的归一化方差门限，并估计目标信号对应的时延。采用了该方法，降低信号频谱的泄露，解决了接收信号中的脉冲干扰问题；以短时的多目标能量比特征参数，解决了多目标的自动检测和识别问题。该算法性能稳定，在多途衰落信道中，多个定位目标在时域上同时到达时，依然能够准确地判断出不同目标的时延，完成水下多目标的定位。

技术领域

本发明涉及水声定位领域，尤其涉及水声多目标窄带信号定位领域，具体是指一种基于频分系统实现水下多目标时延估计处理的方法。

背景技术

海洋技术的快速发展，为海洋石油勘探提供了强力的技术支持和保障。大规模、大范围的石油、地质勘探，采用分布式测量方法，在海洋底部布放海量的测量节点，需要精确获取其位置信息，水下多目标的定位导航技术成为迫切的需求。在水声定位领域，定位误差主要考虑基阵的安装误差、时延估计误差和声速误差等。其中在时延估计技术领域，有窄带时延估计技术和宽带时延估计技术。在石油地质勘探的特殊应用领域，水下测量节点为了满足长时间布放的需求，尽可能降低发射信号的能量，短脉冲信号成为定位系统的首选；水声信道的时变特性引起了信道梳妆滤波特性，限制了定位信号带宽的选择，宽带时延估计技术需要较大的时间带宽积，以保证时延估计精度。在石油地质水下勘探的特殊应用领域，定位信号脉宽短，频率受限，宽带信号不能充分发挥其优势，所以窄带短脉冲信号是最佳的选择。基于窄带短脉冲信号的检测和时延估计算法是水声定位系统的关键和核心技术。

虽然在无线电定位通信系统中，目前已有的算法能够相对精确地估计时延。但是水声信道是时分快速衰落信道，多普勒频移严重、可利用带宽窄和复杂多变的强多途信号干扰；同时水声信道中还伴有海洋环境背景噪声和船舶等的各种航行噪声。这些不确定的信道特性引起了接收信号幅频特性的畸变，导致了时延估计的精度和准确性急剧下降。

在时变衰落的水声信道中，在海洋环境噪声的强干扰下，准确检测和识别定位目标信号，并精确估计其时延是本发明主要解决的科学难题。本发明提出了适用于水声衰落信道的多目标时延估计算法，在水声信道有限的带宽，每个目标分配特定的频段，并且小于1KHz，采用频分方法解决多目标水下定位的难题；采用短时能量比特征参数，解决了水声信道脉冲信号的干扰；采用快速FFT算法，估计各目标信号的能量，利用信号噪声能量比特征参数，完成单目标信号的检测；利用各目标信号的瞬时能量比，解决了多目标信号的干扰问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种高精度、准确性高、满足精确定位的基于频分系统实现水下多目标时延估计处理的方法。

为了实现上述目的，本发明的基于频分系统实现水下多目标时延估计处理的方法如下：

该基于频分系统实现水下多目标时延估计处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)接收信号分帧，计算信号短时能量，并确定是否满足信号短时能量比门限；

(2)接收信号加窗预处理，根据快速FFT算法计算不同频段目标信号的能量；

(3)计算不同目标信号的能量最大值，判断能量最大值是否大于能力先验值，如果是，则将能力先验值的取值更新为能量最大值的取值；否则，在系统预设定时时间后计算能力先验值的取值；

(4)判断期望目标频率信号的能量是否满足噪声门限、短时能量比门限和先验值门限，如果是，则累加目标信号的时间脉宽；否则，目标信号时间脉宽累加器置零，更新该目标的噪声值，继续步骤(1)；