[发明专利]一种蛙人物理特征提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及目标特征提取方法，尤其涉及一种基于矢量信号的对数归一化多子带匹配滤波的蛙人物理特征提取方法。

背景技术

随着人类对海洋认识的增加和科学技术的发展，人类活动越来越多的延伸到海洋中，发展海洋技术已经成为技术革命的重要内容。配备了现代化装备的水下蛙人已经能够胜任各种复杂的水下作业，成为水下作业的重要方式。能探测到水下蛙人目标的只有蛙人探测声纳，蛙人探测声纳中包含蛙人特征提取部分，因此研究蛙人特征提取方法有着重要的意义。

美国斯蒂文斯技术学院对携带开式呼吸器的着开式轻型潜水装备的蛙人作了较为系统的研究，并进行了一系列浅海和湖泊实验。其下的海洋安全实验室的研究人员分析了开式呼吸器辐射声信号以及其用于探测水下蛙人目标的原理，已进行了大量的相关实验，并得到一些重要结果。他们认为蛙人水下辐射声信号主要是由于呼吸调节器的高压和低压阀引起的，这种水下声信号随着蛙人的呼吸频率表现为周期特征，并利用这种特征探测、定位水下蛙人。海事系统中心使用被动探测方法以单个水听器测定了蛙人基础呼吸声频率为0.2～0.4Hz，其中提出了一种最优化信噪比的方法以优化数据。Alexander Sutin和Uf Tureli使用了多子带匹配滤波算法，运用参考信号对蛙人辐射声进行了子带能量匹配运算，通过估算主频的方式对蛙人存在进行了有效检测。

但是，现有的蛙人物理特征提取方法在抗噪、抗瞬态和稳定性等方面的性能并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用以获取蛙人辐射声中基于矢量信号的规律变化的能量包络，得到清晰、稳定的包络谱的蛙人物理特征提取方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)对矢量水听器接收到的水下蛙人辐射噪声的各通道进行数据截取分帧；

(2)利用声压信号获得自谱，利用声压与各振速信号获得互谱，并将三个互谱进行平方能量合成；

(3)选取特征显著的频带，并进行子带划分；

(4)计算每个子带所包含的能量，选择其作为每个子带的特征；

(5)利用参考蛙人信号对每个子带进行匹配能量输出；

(6)进行对数归一化处理，获得对数归一化的匹配滤波输出；

(7)进行包络检波，获得信号的包络谱。

数据进行截取分帧时，采用固定有限长时宽，分为等长度的每一帧。

选取特征显著的频带时，通过选择背景噪声和声压信号频谱差值大的部分获得。

进行对数归一化时，先进行归一化再取对数。

本发明的有益效果在于：

采用本方法获得的包络曲线清晰、平稳，解决了标准多子带匹配滤波算法输出值变化较大的问题，同时保留了矢量互谱算法抑制背景噪声的能力，此方法在蛙人辐射声物理特征提取中具有显著优势。此方法在水下蛙人的进一步探测、定位和跟踪研究中具有很好的实用价值。

附图说明

图1是基于矢量信号的多子带匹配滤波算法流程。

图2是着开式轻型潜水装备的蛙人辐射声矢量信号时域波形，其中a为声压通道P，b为振速通道V_x，c为振速通道V_y，d为振速通道V_z。

图3是着开式轻型潜水装备的蛙人辐射声与背景噪声频域能量及差值曲线，其中a为频谱，b为频谱差。

图4是着开式轻型潜水装备的蛙人辐射声矢量信号对数归一化多子带匹配滤波输出能量曲线。

图5是着开式轻型潜水装备的蛙人辐射声包络谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实现过程进行详细说明。

本发明包括:

步骤1.对矢量水听器接收到的水下蛙人辐射噪声的四个通道P、V_x、V_y和V_z进行数据截取分帧；

步骤2.利用声压信号获得自谱，利用声压与各振速信号获得互谱，并将三个互谱进行平方能量合成；

步骤3.选取特征显著的频带，并进行子带划分。以上所述方法的一种优选方案是选择背景噪声和声压信号频谱差值较大的部分作为特征显著的频带，再次频带上将步骤2的结果均等的分为多个窄子带；

步骤4.计算每个子带所包含的能量，选择其作为每个子带的特征；

步骤5.利用参考蛙人信号对每个子带进行匹配能量输出；

步骤6.进行对数归一化处理，获得对数归一化的匹配滤波输出；

步骤7.进行包络检波，获得信号的包络谱。