[发明专利]水声信号处理方法、计算机装置、产品及存储介质

说明书

本发明公开了一种水声信号处理方法、计算机装置、产品及存储介质，包括信号发生模块、信号判决模块、端点检测模块与信号显示模块。信号发生模块产生需要转发的应答信号，既可以是仿真的理想信号，也可以是水下实验的真实信号；信号判决模块包括两级、共五次频域判决，利用多级的频域信息判决当前时段是否接收到有用信号；端点检测模块进行判决后信号的双门限检测，利用瞬时能熵比准确地检测出信号的端点；信号显示模块展现应答效果。本发明能实现理想信号的生成与真实信号的回测，不仅提供了一个离线应答验证平台，而且提供了更加稳定可靠的判决和检测算法，并在水下环境中得到了实验验证。

技术领域

本发明涉及水声信号处理领域，特别是一种水声信号处理方法、计算机装置、产品及存储介质。

背景技术

随着水声探测与通信技术的发展，信号应答器在水声全系统功能的实现与优化上发挥日益重要的作用，被广泛应用于海洋数据观测、海洋资源勘探、海洋信息交互等多种场景。传统的水声应答器一般为嵌入式密闭水下声标，能针对特定的目标信号实现截获、处理、存储与转发，可接收任意指定形式的声信号，并按照系统实际需求发射应答信号。由一个或多个水下声标组成的应答系统可实现目标模拟、定点探测、组网通信、匹配导航等多种功能。

然而，目前的水下应答器主要存在以下几个问题：(1)算法单一，在较强的白噪声或线谱噪声环境下容易产生应答误触发现象；(2)信号起始端点检测误差大，导致转发信号起始时刻的不准确；(3)功能单一，模块化应用较少，调整难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种水声信号处理方法、计算机装置、产品及存储介质，解决水声信号处理中容易误触发和端点检测误差大导致转发信号起始时刻不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种水声信号处理方法，其包括以下步骤：

S1、获取水声信号；

S2、判断连续三帧水声信号的k谱线对应声压级P(k)是否均满足P(k)＞Th_SL，若否，进入步骤S3；若是，计算三帧水声信号的频谱峰均比L(k)，判断三帧水声信号叠加后的信号是否满足P(k)＞Th_SL+3且L(k)＞Th_PAR，若满足，则选取三帧水声信号中的第一帧水声信号前后各K帧水声信号，进入步骤S4；Th_SL为设定的第一阈值，Th_PAR为设定的第二阈值；否则，进入步骤S3；

S3、将所述连续三帧水声信号的第二、第三帧水声信号分别作为新的三帧水声信号的第一、第二帧水声信号，获取新的一帧数据作为新的三帧水声信号的第三帧水声信号，返回步骤S2；

S4、将选取的水声信号在时域上等分为M个信号段，标号分别为m＝1,…,M；计算每一个信号段的瞬时能熵比EHR：其中，E为瞬时对数能量，H为瞬时熵值；

S5、按照时序遍历所有信号段，利用所述瞬时能熵比EHR判断有用信号起始时刻。

本发明先利用两级的频谱分析与判决，保证有用信号的正常触发；再利用瞬时能熵比的双门限判决，保证有用信号起始时刻的准确性，本发明解决了水声信号处理中容易误触发和端点检测误差大导致的转发信号起始时刻不准确的问题。

步骤S2中，水声信号声压级的计算公式为：其中，x(n)为采样后的某时间帧内的接收信号，N为该时间帧内的采样点数，f为水声信号频率，f_s为采样频率，G为水听器灵敏度和增益之和。该计算方式利用了傅里叶分析做声压谱级换算，能够满足准确性和实时性的需求。

步骤S2利用了多个门限在频域上进行两级信号判决，其中第一级判决利用了有用信号连续性的特点，对连续三帧信号分别做线谱分析和判决，能够防止较强脉冲噪声的误触发；第二级判决利用了有用信号窄带性的特点，对三帧叠加后信号整体做频谱判决和峰均比判决，能够防止较强白噪声和非有用信号线谱噪声的误触发。