[发明专利]基于双基元复倒谱域重置技术的直达声提纯方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声信号处理方法，具体涉及水声多途信号中信道多途影响抑制及直达声提纯的方法。

背景技术

海洋信道属于不平整双界面随机不均匀介质信道，发射信号沿不同的路径到达接收点，各种反射声与直达声相互叠加在一起，导致直达声信号的幅度、相位、频率等参数发生畸变，增大了水声信号处理的难度，也严重影响了水声设备的性能。因此，采取有效措施实现直达声信号提纯是水声信号处理的关键技术之一。

按照射线声学的理论，直达声信号畸变的主要原因在于水声信道多途。目前，常用的抗多途技术包括分集技术、扩频通信技术、信道均衡技术和信道纠错编码技术等，这几种技术可以单独使用，也可以组合使用。各方法抑制多途的出发点不同，前两种技术是通过降低多途信号的相关性；信道均衡技术是通过补偿信道多途效应引起的波形畸变，而信道纠错编码是借用发射信息中加入的冗余数据进行纠错。近年来，又出现了时间反转镜技术，它是利用其空间聚焦和时间压缩特性，使接收到的多途扩展信号在时间上被压缩而近似于原发射信号，从而实现直达声信号提纯的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效果良好、计算简单、适用于大多普勒及快变信道的基于双基元复倒谱域重置技术的直达声提纯方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)采用主基元和从基元双基元接收水声信道输出信号，然后把各基元的信号分别进行复倒谱运算，将信号和信道在时域的卷积关系转化成复倒谱域的加性关系；

(2)基于双基元复倒谱域重置，利用同或异类分量判决修正机制，滤除主基元中的多途干扰成分；

(3)对重置后的主基元复倒谱信号做逆复倒谱变换，实现直达声信号的提纯。

所述的双基元复倒谱域重置是：采用位置靠近的主、从两个基元同时接收水声信道输出信号，在它们所接收的信号中，直达声成分相同，多途信道成分不同，也就是说，在复倒谱域，直达声信号与多途信道的卷积关系转化成加性关系后，主、从基元的直达声信号复倒谱分量的相似度高，称之为同类分量，而多途信道复倒谱分量的相似度则很低，称之为异类分量，通过比对和判别主、从基元的复倒谱，保留同类分量并滤除异类分量。

所述的同或异类分量判决修正机制是：以主、从两个基元的复倒谱的强度之比β(n)作为判决量，设一门限范围[β₁,β₂]，然后对两基元的复倒谱逐点判决修正，若β(n)∈[β₁,β₂]则判为同类分量，则主基元的复倒谱修正为同类分量的均值；否则判为异类分量，则主基元的复倒谱修正为异类分量中的小值。

本发明的优点表现在：（1）本发明采用双基元复倒谱域重置的思想，无需预先知道信道或信号参数等先验知识；（2）相对于常用的自适应均衡、时间反转镜等直达声提纯技术而言，本发明无需建立时间或探测序列，因此适用于快变信道条件下的直达声提纯，且对高速运动节点、大多普勒具有适应能力。（3）本发明采用同（异）类分量判决修正机制，充分利用了基元间直达声信号和多途信道间相似性的差异，可有效滤除多途干扰，且对信号影响细微，方法简易，条件宽松，提纯效果好。

附图说明

图1为发射信号（直达声）时域波形。

图2(a)-图2(b)为主、从基元接收的信道输出信号时域波形，图2(a)为主基元接收的信道输出信号时域波形；图2(b)为从基元接收的信道输出信号时域波形。

图3为基于双基元复倒谱域重置技术的直达声提纯方法流程图。

图4(a)-图4(b)为主、从基元接收的信道输出信号复倒谱域波形，图4(a)为主基元接收的信道输出信号复倒谱域波形；图4(b)为从基元接收的信道输出信号复倒谱域波形。

图5为经过重置后的主基元的复倒谱信号波形。

图6(a)-图6(b)为提纯后的声脉冲信号及误差时域波形，图6(a)为提纯后的声脉冲信号时域波形；图6(b)为提纯误差时域波形。

具体实施方式

本发明包括如下基本步骤：

(1)采用双基元（分别称为主基元和从基元）接收水声信道输出信号，然后把各基元的信号分别进行复倒谱运算，将信号和信道在时域的卷积关系转化成复倒谱域的加性关系。

(2)基于双基元复倒谱域重置思想，利用同（异）类分量判决修正机制，滤除主基元中的多途干扰成分。

(3)对重置后的主基元复倒谱信号做逆复倒谱变换，实现直达声信号的提纯。