[发明专利]利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于信号探测领域；具体讲，涉及利用利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法及装置。

技术背景

常规主动声呐系统采用的声源发射信号形式一般有单载频矩形脉冲信号、线性调频矩形脉冲信号、伪随机编码调相矩形脉冲串信号等。单载频矩形脉冲信号容易产生、便于处理，但是在距离率和速度分辨率两方面，它不能同时兼顾。线性调频矩形脉冲信号可实现脉冲压缩，解决了信号能量和距离分辨率之间的矛盾，但由于它的距离和速度之间存在耦合关系，仍然无法提供联合高分辨率。较之前面两种信号，伪随机编码调相矩形脉冲串信号的模糊函数更接近理想的图钉形，能同时获得高距离和高速度分辨率，但它的旁辦较高，检测能力受到了限制。

而Costas跳频信号(见文献[1-2])具有接近图钉形的理想模糊函数：主瓣高而尖锐，副瓣低而平坦，并且不存在模糊旁瓣和距离－速度耦合问题，因而具有优越的性能；此外，Costas信号作为一种跳频信号，具有很强的抗干扰性能及较低的截获概率(即较高的隐蔽性)。

但是，不管是单载频矩形脉冲信号、线性调频矩形脉冲信号、伪随机编码调相矩形脉冲串信号，还是Costas跳频信号等，它们都属于常规的声呐信号，都具有如下共同特点：信号包络为矩形脉冲，包络内调制信号为单频正弦波或频率线性变化的正弦波，信号的时频特点简单，易于识别、分类和定位。这些共同特点使得基于这些信号形式的主动声源易于被敌方侦察系统探测、识别和跟踪，成为被攻击的对象，从而对其生存能力构成严重的威胁。

针对以上问题，本发明一方面采用抹香鲸群(sperm whales)声脉冲信号作为主动声源的发射信号，提高声源的伪装性和隐蔽性；另一方面，根据抹香鲸群声信号的特点和规律，对抹香鲸群声脉冲发射信号按一定的方法进行排列，使发射出去的抹香鲸群声脉冲信号具有类似于Costas跳频信号(本发明中将此类信号称为Costas-Like信号)的特点，以便后续通过匹配滤波技术对接收到的信号进行处理，使其表现出接近于Costas信号的优越性能。

说明：海洋中大多数的鲸类都是群居动物(见文献[3-5])，他们在活动的过程中会不停地发出脉冲信号，这些脉冲信号的包络随机变化，没有固定的规律，包络内调制信号为复杂的宽带信号，信号非平稳，时频特性复杂；因此，与常规的主动声呐信号有较为明显的区别，不易被识别为主动声呐信号。

[1]魏玺章,刘振,邓斌,黎湘,Costas编码跳频宽带雷达信号测速技术研究[J].电子学报,38(10):2426-2429,2010.

[2]姚建国，黄清，Costas序列在多用户雷达系统中的应用研究[J].通信学报,31(5):60-72,2010.

[3]Hal Whitehead and Linda Weilgart,Patterns of visually observable behaviour and vocalizations in groups of female sperm whales[J],Behaviour,vol.118,no.3/4,pp.275-296,Sep.,1991.

[4]http://www.nmfs.noaa.gov/pr/species/mammals/cetaceans/killerwhale.htm

[5]http://news.nationalgeographic.com/news/2013/13/130425-humpback-whale-culture-behavior-sc ience-animals/

发明内容

为克服现有技术的不足，提高主动声呐声源伪装隐蔽的能力，降低其被截获的概率；使发射信号具有接近于Costas跳频矩形脉冲信号的优越性能；为此，本发明采取的技术方案是，利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法，包括下列步骤：

第一步：定义脉冲信号的能量最大值频率点

根据①同一只抹香鲸可发出多种信号包络不一样的脉冲信号，且不同种类脉冲信号的能量最大值频率点主要分布在100Hz-12KHz之间；相同脉冲信号之间的自相关性大，不同种类脉冲信号之间的互相关性小，②一些类型脉冲声信号的高能量频率点只有一个，另一些类型脉冲声信号的高能量频率点有两个，其它一些类型脉冲声信号的高能量频率点有多个；

定义不同类型脉冲声信号为具有不同包络、不同能量最大值频率点的脉冲信号；