[发明专利]一种降低低频噪声级的背景均衡方法

说明书

本发明属于声纳信号显示技术领域，涉及一种降低低频噪声级的背景均衡方法，该方法设计了一种新的背景均衡模式，通过分段搜索时频图图像中的峰值和谷值并与预设门限进行比较，然后通过逐点最小值处理输出背景均衡后的时频图。本发明的有益结果是：1.本发明所提方法不需要人工设置经验参数；2.本发明最终输出的背景均衡后的时频图相比S3PM法、OTA法和波束扫描特征法在各频点具有更低的平均噪声级，尤其在低频段对噪声的抑制效果更好，使得时频图中的线谱能够被更有效地进行检测分析。

技术领域

本发明属于声纳信号显示技术领域，涉及一种降低低频噪声级的背景均衡方法。

背景技术

声纳装备检测水下目标的一种重要手段是将水下潜艇、鱼雷等目标的辐射噪声作为接收信号，然后通过检测分析接收信号的时间—频率图像(以下简称时频图)中各个频率分量上的“线谱”(即在某段时间内出现的该频率分量上的亮线，表示该频率分量在这段时间的幅度较高)，来对目标的有无和类型进行判断。通常来说，水下目标辐射噪声的线谱分量主要集中在较低频段(若无特别说明，后面所指的低频段一般为1000Hz以下频段)，分布于低频段不同频率分量的线谱是不同类型目标区别于环境噪声的主要特征之一。然而由于水下环境噪声等因素的影响，时频图中各个频率分量中均会存在幅度强弱不一的噪声干扰，形成非均匀的干扰背景，严重影响低频段的线谱检测分析。另一方面，声纳接收设备中通常存在较强的低频自噪声，这使得时频图中低频段的噪声干扰相对其他频段更加明显。

背景均衡作为一种声纳信号显示技术，能降低背景噪声强度的动态变化程度，实现所谓的恒虚警检测。其主要目的是为了减弱非均匀干扰背景的影响，使数据的动态范围适应图形显示要求。具体是通过对时频图图像进行处理，使非均匀干扰背景变成均匀干扰背景，即各个频率分量中的噪声干扰幅度变得强弱差不多。这样时频图中就不会出现成片的强噪声干扰，得到较为干净的显示画面，从而有效检测分析各频率分量中的线谱，提高对目标的检测能力。

目前常用的背景均衡方法包括双边分离窗法(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.)、排序截断平均法(order truncate average,OTA)(郑佼.被动声纳显示优化技术研究[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文,2013.)和波束扫描特征法(郑佼.被动声纳显示优化技术研究[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文,2013.)等。

上述方法中，S3PM法需要用到三个经验参数：双边分离窗的绝对值上下限G与E，以及门限常数p；OTA法需要用到两个经验参数：窗口长度K和门限常数α；波束扫描特征法不需要用到经验参数。当经验参数设置合适时，这三种方法对同一幅时频图图像进行处理后的平均噪声级排序为：OTA法最好(平均噪声级最低)，波束扫描特征法其次，S3PM法再次。但是，尽管这三种方法可以有效减少时频图中的非均匀干扰背景，但它们均不能较好地抑制由声纳接收设备产生的低频噪声；此外，OTA法和S3PM法的性能较多地依赖于人工设置的经验参数，如果经验参数设置不合适，这两种方法的效果会大打折扣。

发明内容

本发明的目的是：提出一种降低低频噪声级的背景均衡方法，该方法设计了一种新的背景均衡模式，通过分段搜索时频图图像中的峰值和谷值并将获得的两组新序列进行逐点比较，然后通过逐点最小值处理输出背景均衡后的时频图。

本发明的技术方案包括以下步骤：

第一步，取出时频图中某一时刻t对应的数据行向量，t＝1,2,...,T，T表示时频图在时间维上的像素点数；若对应数据为列向量则将其转置为行向量。

第二步，搜索得到数据行向量中的所有峰值和所有谷值。