[发明专利]一种基于时频干涉谱和辐射噪声声强测量的被动测距方法

说明书

本发明公开了一种基于时频干涉谱和辐射噪声声强测量的被动测距方法，利用接收基阵接收被测运动目标船辐射的宽带噪声信号，然后进行波束形成，估计被测目标船辐射噪声的声强，接着计算不同时刻波束输出序列的功率谱，并合成浅海低频声场时频干涉谱，实时在线提取干涉谱中的干涉频率条纹，最后利用干涉频率、声强与目标船距离的关系，估计被测目标船的实时距离，并获得目标船的运动信息。本发明中引入了声强信息，既减小了干涉频率估计误差对测距性能的影响，又降低了测距算法的复杂度，并且干涉频率条纹的实时在线提取保证了测距算法具有良好的实时性。

技术领域

本发明涉及水声信号处理技术，具体涉及一种基于时频干涉谱和辐射噪声声强测量的被动测距方法。

背景技术

水下目标辐射噪声信号包括宽带连续谱信号和窄带线谱信号。单基元被动测距通过接收经过多径水声信道传输的水下目标辐射噪声信号，利用接收信号中线谱信号的多普勒特性、宽带连续谱信号的干涉谱特性(由直达波和反射波干涉形成)和多途时延等信息估计目标距离。单基元被动测距近几十年来一直是国内外学者关注的热点。主要方法有基于多普勒频移的被动测距、基于干涉谱的被动测距、基于波导不变量的被动测距和基于多途时延的被动测距。

基于多普勒频移的被动测距必须准确测出目标通过观测最近点的时间和多普勒频移，亦即目标通过最近点后才能解算出目标位置，实时性较差；基于干涉谱和基于波导不变量的被动测距方法的关键是提取声场干涉结构中的干涉频率和波导不变量值，Hough变换等图像处理方法是常用的干涉频率和波导不变量提取方法，但计算量较大，当存在多个干涉条纹时，提取性能下降，另外，受环境参数失配、噪声、干扰等因素的影响，提取的干涉频率和波导不变量难免存在一定的误差，导致测距性能下降；基于多途时延的被动测距，由于传播信道的影响，多途时延存在不稳定性，多途时延的精确估计难度较大，严重影响测距性能。

发明内容

发明目的：为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于时频干涉谱和辐射噪声声强测量的被动测距方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

一种基于时频干涉谱和辐射噪声声强测量的被动测距方法，包括以下步骤：

(1)利用接收基阵接收被测运动目标船辐射的宽带噪声信号；

(2)对接收到的阵列信号进行波束形成，估计被测目标船辐射噪声的声强；

(3)计算不同时刻波束输出序列的功率谱，合成浅海低频声场时频干涉谱；

(4)采用检测前跟踪方法在线提取干涉谱中的干涉频率条纹；

(5)根据干涉频率、声强与目标船距离的关系，得到运动目标船的实时距离，并获得目标船的运动信息。

进一步地，所述步骤(1)中所述的接收基阵包括线列阵、圆柱阵等阵型。

所述步骤(2)中，被测目标船辐射噪声的声强计算公式如下：

其中x(n)为波束输出序列，η为水听器灵敏度的倒数，N为样本长度。

步骤(3)合成浅海低频声场时频干涉谱是通过对各帧波束输出数据做FFT变换，计算功率谱,综合各帧数据的功率谱得到时频干涉谱。由于海面和海底界面对声信号传播的影响，被测目标船辐射噪声信号经不同路径到达接收阵，各路径信号是相干的，干涉谱中存在干涉谱峰；被测目标船运动，谱峰随时间变化，形成干涉频率条纹。船舶辐射噪声测量时，海面干涉的影响是主要的。

步骤(4)采用检测前跟踪方法提取干涉频率，即通过干涉谱谱峰沿目标运动方向的积累，实现谱峰的自动跟踪和干涉频率条纹的在线提取。

步骤(5)所得到的声强与目标船距离的关系为：