[发明专利]浅海多途声信号分解方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，尤其涉及能够得到各个多途子信号的，浅海多途声信号分解方法。

背景技术

中国大部分海域为浅海，很多水声设备在浅海中工作。浅海中影响声传播与接收的一个关键因素是多途干扰，在水声通信系统中造成码间干扰，影响通信速率；在目标回声测试中，使目标的入射波在时间和空间上混叠，无法获得目标在固定方向的响应。多途信号分离能够降低接收干扰，提高设备在浅海中的工作性能。研究浅海多途信号分离具有重要理论意义和实用价值。

浅海中声传播问题研究始于十九世纪初，此后，人们对此问题上展开了持续的研究。在1944年，Pekeris为了解释爆炸脉冲在浅海中传播问题，提出了浅海声传播模型。随后，Smith计算了浅海平均脉冲响应，Schneider计算了浅海中粗糙海底界面散射，这些研究主要研究浅海信道的传播损失，用于估测声纳作用距离，这也是至今大多数浅海信道研究一个重要方向，但未对点声源的声线做研究。Weinberg和Burridge提出了射线声学模型，将点声源的浅海信道使用垂直和水平的2D声线表示。目前，对浅海点声源信道的研究仍使用此方法，通过求解信道本征声线得到声信道的冲击响应函数，每条声线使用具有幅度和时延的δ函数表示。这种方法简化了声线对声波的作用，无法体现各个子信道的频率和相位特性，具有较大局限性。浅海中，各个多途子信道对发射信号具有怎样的影响，如何分离各个多途子信号，目前，国内外鲜见对此方向深入探讨的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够分离各个多途子信号的，浅海多途声信号分解方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

浅海多途声信号分解方法，包括以下几个步骤：

步骤一：声纳发射装置发射信号x(t)，声纳接收装置接收信号y(t)；

步骤二：从接收到的信号y(t)提取出各个多途声信号的延迟τ_i,i＝0,1,…,N-1，N为浅海信道的多途个数；

步骤三：根据提取出各个多途声信号的延迟τ_i对发射的信号x(t)做时延，获得一个实源信号x(t-τ₀)和N-1个虚源信号x(t-τ_i),i＝1,…,N-1；

步骤四：将得到的实源信号x(t-τ₀)和N-1个虚源信号x(t-τ_i)作为输入，将接收到的信号y(t)作为输出，构建ARX模型，求解ARX模型的系数及阶数；

步骤五：令第k个虚源信号为输入，送入ARX模型，其余k-1个虚源信号设置为0，得到一条声信号；

步骤六：令k＝k+1，重复步骤五，直到k＝N，得到N条声信号。

本发明浅海多途声信号分解方法，还可以包括：

1、构建ARX模型为：

其中，a_i和b_ji是ARX模型的参数，i＝1,2,…,n；j＝0,1,…,N-1，n为ARX模型的阶次，q为延迟因子。

2、从接收到的信号y(t)提取出各个多途声信号的延迟τ_i采用的方法为分数阶傅立叶变换方法或者拷贝相关法。

有益效果：

本发明将声传播过程使用ARX模型建模，与水声领域的其他模型相比，是一种相对完备且简洁有效的建模方法；由于ARX模型中引入噪声参量e(t)，模型具有较高的稳健性和较强的抗干扰性能，适合工程应用；将浅海界面对声接收的影响等效为多个虚源的作用，增加了信号的维度，有效提高了多途信号的可分解性。以发射的电信号作为虚源的参考，将声发射以及声接收的系统函数均包含在ARX模型中，操作程序大大简化，具有很强的可操作性。

附图说明

图1为浅海多途声信号分解方法流程图；

图2为多途声信号的传输示意图；

图3为图2的虚源法示意图；

图4(a)为驱动换能器的电信号；

图4(b)为水听器接收到的声信号；

图5为图4(b)的最优次分数阶傅立叶变换输出；

图6中为ARX的输出；

图7(a)为ARX预测输出的直达声，图7(b)为消声水池实测得到的直达声信号；

图8(a)第1个多途信号，图8(b)第2个多途信号，图8(c)第3个多途信号，图8(d)第4个多途信号，图8(e)第5个多途信号，图8(f)第6个多途信号。

具体实施方式