[发明专利]一种低信噪比下水声通信信号实时检测提取方法

权利要求书

1.一种低信噪比下水声通信信号实时检测提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)变量初始化，包括平均周期图积分时间长度、滑动窗长、滑动窗步距、第一帧信号检测标志、上一帧信号有无标志、信号提取标志的初始化；

(2)根据第一帧信号检测标志的值，采用不同方式从原始采样信号缓存中读取信号生成待检测信号；

(3)对生成的待检测信号进行平均周期图时间累积，获取信号周期谱；

(4)对信号周期谱进行形态滤波，精确估计信号频谱的噪声基底；利用获取的噪声基底对信号进行白化处理，消除信号的杂散点和毛刺；

(5)对白化处理后的信号进行宽带信号检测，检测当前帧信号有无通信信号，若检测到通信信号，则估计信号的载频、带宽、信噪比；

(6)若当前帧信号未检测到通信信号，且上一帧信号也未检测到通信信号，则执行步骤(7)；若当前帧信号检测到通信信号，而上一帧信号未检测到通信信号，则执行步骤(8)；若当前帧信号检测到通信信号，且上一帧信号也检测到通信信号，则执行步骤(9)；若当前帧信号未检测到通信信号，而上一帧信号检测到通信信号，则执行步骤(10)；

(7)更新第一帧信号检测标志的值，保存当前帧信号头部滑动窗步距时长的信号，返回执行步骤(2)；

(8)更新第一帧信号检测标志、上一帧信号有无标志的值，信号捕获开始，保存当前帧信号，记录信号开始时间和起止频率，返回执行步骤(2)；

(9)更新第一帧信号检测标志的值，保存当前帧尾部滑动窗步距时长的信号，记录信号起止频率，返回执行步骤(2)；

(10)更新第一帧信号检测标志、上一帧信号有无标志、信号提取标志的值，信号捕获完成，保存当前帧尾部滑动窗步距时长的信号，记录信号截止时间和起止频率，执行步骤(11)；

(11)根据信号宽带检测估计的信号起止频率，对完整捕获的通信信号进行带通滤波，滤除带外噪声；

(12)对带通滤波后的通信信号进行谱减降噪处理，提高信号信噪比；

(13)对降噪处理后的通信信号进行提取，获取通信信号的精确起止时间，更新信号提取标志的值，返回执行步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种低信噪比下水声通信信号实时检测提取方法，其特征在于，步骤(2)的具体方式为：

(201)若第一帧信号检测标志的值为1，则直接从原始采样信号缓存中读取平均周期图积分时间t_ap长度的信号作为待检测信号；

(202)若第一帧信号检测标志的值为0，则更新滑动窗步距dt长度信号，即舍去上一帧待检测信号头部滑动窗步距dt长度的信号，尾部添加从原始采样信号缓存中读取的新的滑动窗步距dt长度的信号。

3.根据权利要求2所述的一种低信噪比下水声通信信号实时检测提取方法，其特征在于，步骤(3)的具体方式为：

(301)若第一帧信号检测标志的值为1，则对待检测信号直接进行滑动窗FFT，即取滑动窗长t_sw长度信号进行FFT计算，完成后滑动dt长度，继续取t_sw长度信号进行FFT计算，直至完成平均周期图积分时间t_ap长度信号的FFT计算，获得Nwap个滑动窗FFT结果；对滑动窗FFT结果取模平方求平均，获得待检测信号的周期谱；

(302)若第一帧信号检测标志的值为0，则只对待检测信号尾部t_sw长度信号进行FFT计算，将该FFT计算结果添加至上一帧待检测信号的Nwap个滑动窗FFT结果尾部，并移除头部的1个滑动窗FFT结果，获得当前帧待检测信号的Nwap个滑动窗FFT结果；对滑动窗FFT结果取模平方求平均，获得待检测信号的周期谱。

4.根据权利要求3所述的一种低信噪比下水声通信信号实时检测提取方法，其特征在于，步骤(5)中对白化处理后的信号进行宽带信号检测的具体方式为：

(501)初始化信号频谱搜索窗长nLocalSpan、合并标识tagMerge、搜索频谱起始位置ii；

(502)如果ii≤n，则执行步骤(503)，否则结束；其中，n为信号频谱个数；

(503)如果tagMerge＝0，则在[st ed]范围内搜索局部峰值及其位置，其中，st＝ii-nLocalSpan，ed＝ii+nLocalSpan；若局部峰值未超过门限，则ii＝ed+1，返回执行步骤(502)，若超过门限，则执行步骤(504)；如果tagMerge≠0，则执行步骤(504)；

(504)如果局部最大值的位置localMaxp＝ii，则确定搜索信号左右边界的门限为局部峰值localMaxv*0.3，搜索左边界和右边界，如果在搜索右边界的过程中遇到更高的峰值，则令tagMerge＝1，更新局部峰值及其位置，如果在搜索右边界的过程中没有遇到更高的峰值，则确定信号频谱的左右边界；如果localMaxp≠ii，则执行步骤(506)；

(505)如果tagMerge＝0，则更新ii＝redge，其中，redge为信号频谱右边界；若当前信号左边界ledge与前一信号右边界curPos不交叠，则更新前一信号右边界，并计算当前信号信噪比，若满足信噪比门限minSnrThd，则记录信号的频率、带宽、信噪比；

(506)更新ii，即ii＝ii+1，然后返回执行步骤(502)。