[发明专利]一种基于相关峰包络检测的水声定位时延估计算法

说明书

本发明公开了一种基于相关峰包络检测的水声定位时延估计算法，包括相关包络函数峰值检测算法和时延高精度估计算法。本发明采用信号短时能量比特征参数，解决了接收信号中的随机信号和瞬时脉冲信号干扰问题。本发明采用信号子带能量比特征参数，解决了接收信号中的白噪声和色噪声的干扰影响。本发明根据长时的相关峰包络比特征参数，成功地解决了多途干扰信号包络多峰值现象，精确地定位直达声的包络峰值，提高了时延估计的准确率，增强了线性调频信号检测的鲁棒性和可靠性。本发明方法提高了在高环境噪声和多途干扰信道下的时延估计的可靠性和精度。

技术领域

本发明属于水声定位技术领域，尤其涉及一种基于相关峰包络检测的水声定位时延估计算法。

背景技术

线性调频信号(Linear Frequency Modulation Signal，LFM)，具有较大的时宽带宽积；同时相位谱具有平方律特性，在脉冲压缩过程中可以获得较大的压缩比；匹配滤波后的输出信号对回波信号的多普勒频移不敏感，具有较好的距离分辨率和径向速度分辨率。基于这些良好的特性，线性调频信号在定位信号处理得到了广泛的应用。

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。

发明内容

为了解决时延估计在高噪声环境和多途干扰信道下产生的误差，本发明提出了一种基于相关峰包络检测的水声定位时延估计算法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于相关峰包络检测的水声定位时延估计算法，包括：

步骤1，接收信号分帧、加窗预处理，计算与已知样本信号的广义互相关信号，并得到其包络信号；

步骤2，确定时间搜索门限Th_t1，计算相关包络信号的极大值；确定时间回溯窗Th_t2，当前时刻t₀的包络与t₀-Th_t2时刻的包络比值满足理论设定门限时，满足包络直达声峰值检测条件，根据定位距离和环境噪声确定门限值；

步骤3，接收信号分帧、加窗，计算接收信号的频谱，并将其划分为不同的子带，计算子带的能量比；当信号所在的子带与相邻子带能量满足理论设定门限时，满足包络子带能量比检测条件，根据信号强度和信道频散确定门限值；

步骤4，接收信号分帧，计算每帧信号的短时能量，当步骤2时的信号能量与后一帧的信号能量比满足理论设定门限时，满足包络短时能量比检测条件，根据信道衰落导致信号能量起伏确定门限值；

步骤5，接收信号同时满足步骤2-4的判断条件后，确定时刻t₀，采用样条插值的方法，精确估计对应信号的时延。

较佳的，步骤1进一步包括：

步骤11，接收信号与已知样本信号的互相关运算，计算公式为其中y(n)是已知的参考样本，x(n)是信号采集样本序列，*表示复共轭，N是每帧数据的长度；

步骤12，相关信号R(m)的Hilbert变换，得到信号的虚部

步骤13，相关信号的包络信号，根据信号的实部和虚部得到信号的包络信号

较佳的，步骤2进一步包括：

步骤21，确定时间搜索门限Th_t1，计算连续多帧相关包络信号的极大值；