[发明专利]基于小波脊的水下声信号瞬时频率解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下声信号瞬时频率的解调，尤其涉及一种基于小波脊的水下声信号瞬时频率解调方法，属于水下声信号探测技术领域。

背景技术

水下声源向外辐射声波，能在水表面形成横向传播的水表面声波，水表面声波的振动频率与水下声源的发声频率一致，因此水表面声波携带了水下声信号的相关信息。因此，由于水下目标探测的需要，越来越重视对水表面声波的探测和利用。激光干涉方法能够从动态水表面中获取水下声信号的频率信息，利用激光干涉来探测水表面声波以获得水下声信号的信息逐渐成为研究热点。目前利用激光多普勒效应探测水下声信号已成为获取水下声信号的重要手段之一。

然而当前利用激光干涉方法的水下声信号探测仅限于对稳频信号的探测上，实际应用中，水下声信号的发声频率往往是时变的，常规的信号解调方法是频谱分析方法，该方法不能确定水下声信号的瞬时频率；不仅如此，通过频谱分析方法计算水下声信号的频率时，这种方法对频率的探测精度依赖于频谱阈值的设定，常常出现粗大误差。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于小波脊的水下声信号瞬时频率解调方法，以解决针对现有的常规的信号解调方法是频谱分析方法，频谱分析方法不能确定水下声信号的瞬时频率；计算水下声信号的频率时，对频率的探测精度依赖于频谱阈值的设定，常常出现粗大误差的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明所述的一种基于小波脊的水下声信号瞬时频率解调方法，是按照以下步骤实现的：

步骤一、利用迈克尔逊激光干涉系统探测水表面；

步骤二、采集激光干涉信号，所述采集过程为：干涉信号被光电探测器接收，并将其转化为电信号，该电信号通过数据采集卡采集后，传送给上位机；

步骤三、对采集到的干涉信号进行频谱分析；

步骤四、确定小波变换的观测尺度；

步骤五、对干涉信号进行小波变换；

步骤六、根据小波变换系数的模提取小波脊；

步骤七、滤除噪声点；

步骤八、确定各个时刻的小波脊中心尺度；

步骤九、根据小波脊中心尺度计算出各个时刻水下声信号瞬时频率。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够实现水下声信号瞬时频率的提取，即能够实现变频水下声信号的探测，解决了常规不能解调瞬时频率的缺点。

2、实验表明，本发明瞬时频率的解调精度优于100Hz。

3、对于稳频的水下声信号频率的提取，本发明采用的方法比常规的频谱分析方法具有更好的抗干扰性，本发明对稳频水下声信号的频率测量，精度可优于1Hz。

附图说明

图1为典型的迈克尔逊干涉系统基本光路结构图；

图2为具体实施方式一中，小波脊方法确定水下声信号瞬时频率的一般步骤示意图；

图3为本发明实验验证中，不同时刻的小波变换的脊特征示意图，其中(a)为t＝t₃₅₀₀时刻的小波变换的脊特征示意图，(b)为t＝t₃₆₀₀时刻的小波变换的脊特征示意图；

图4为本发明实验验证中，小波系数模值分布图；

图5为本发明实验验证中，小波脊分布图；

图6为本发明实验验证中，频率变化直线拟合结果示意图；

具体实施方式

结合图1、图2进一步详细说明本发明的具体实施方式。

具体实施方式一：本实施方式所述的一种基于小波脊的水下声信号瞬时频率解调方法，包括以下步骤：

步骤一、利用迈克尔逊激光干涉系统探测水表面；

步骤二、采集激光干涉信号，所述采集过程为：干涉信号被光电探测器接收，并将其转化为电信号，该电信号通过数据采集卡采集后，传送给上位机；

步骤三、对采集到的干涉信号进行频谱分析，用于确定水下声信号的频率分布范围；

步骤四、确定小波变换的观测尺度；

经过步骤三后，就可以知道信号谱的频率范围，根据这一范围结合母小波中心频率、采样频率即可确定小波变换的观测尺度。

步骤五、对干涉信号进行小波变换；

步骤三所述的频谱分析是为了确定尺度范围，不是对信号本身处理的必要程序。这里的干涉信号就是指数据采集卡采集到的信号。

步骤六、根据小波变换系数的模提取小波脊；

步骤七、滤除噪声点；