[发明专利]一种针对低速运动声源的被动声学测速测距方法

说明书

本发明涉及一种针对低速运动声源的被动声学测速测距方法，根据传感器的接收信号s(n)的STFT分析结果确定待分析谱线所在的频率范围，该范围应当将这根谱线由于多普勒效应所造成的最大频率偏移和最小频率偏移包含在内，输入待定参数，通过定义D‑C‑CZT方法得到s(n)的时频分布，从时频分布中提取瞬时频率变化，基于最小二乘准则得到待定参数估计值，将待定参数估计值作为下次迭代的待定参数输入值，重复计算直至得到准确的速度估计值。本发明可以精确的提取出传感器接收信号的瞬时频率变化，尤其适用于传感器接收信号的多普勒频移特征较为微弱时的瞬时频率变化分析，能够获得较高精度的声源运动速度等参数的估计结果。

技术领域

本发明属于被动声学测速测距方法，涉及一种针对低速运动声源的被动声学测速测距方法，特别是涉及一种匀低速直线运动条件下利用单个声学传感器对运动噪声源的速度及其与传感器之间的距离进行窄带被动估计的算法。

背景技术

经过检索，发现两个与本申请相关的专利。专利(CN106054159A)“一种多普勒信号的瞬时频率提取方法”发明了一种可以对各类激光速度干涉仪的输出信号进行瞬时频率提取的算法，算法中首先使用直接正交法提取离散信号瞬时频率，然后采用多项式拟合离散时刻的瞬时频率，在使用最小二乘准则确定多项式系数后，各个时刻瞬时频率的估计值都可以根据多项式得到。本申请在发明目的、技术方法和所利用的目标物理特征上均有别于专利(CN106054159A)。专利(CN1588124A)“利用多普勒变换的被动测速测距法及装置”发明了一种应用于水下和空中动目标检测和定位的一种利用多普勒变换的被动测速测距法和装置，该发明利用基于匀速运动模型的Dopplerlet变换，分析空中(包括水下和陆上)运动目标辐射出的声音信号，通过定义Dopplerlet基函数集，采用自适应匹配投影塔形分解法，搜索出一组与信号的主要成分最佳匹配的Dopplerlet基函数，进而准确地计算出目标的距离、速度以及声波传播速度等参数。本申请在发明目的和所利用的目标物理特征上与专利(CN1588124A)基本一致，在技术方法上与之相异。

汽车、飞机、船只等一类运动目标都可以看成是辐射噪声源，当其相对于接收系统运动时，接收系统输出信号的频率会因多普勒效应产生相应的变化，目标的速度、距离等信息就蕴含在瞬时频率变化之中。Reid等人在研究中指出估计速度等参数的关键在于精确估计观测声信号的瞬时频率(David C.Reid,Abdelhak M.Zoubir,and BoualemBoashash.Aircraft flight parameter estimation based on passive acoustictechniques using the polynomial Wigner–Ville distribution[J].The Journal ofthe Acoustical Society of America,1997,102(1):207-223.)。徐灵基等人使用PCT(Polynomial Chirplet Transform)、WVD(Wigner-Ville Distribution)和STFT(ShortTime Fourier Transform)提取瞬时频率变化曲线，成功地从一段匀速直线运动卡车的实测数据中获得了卡车的速度、距离等参数，研究中发现利用PCT方法较利用WVD方法和STFT方法可获得更精确的速度估计结果(Xu L,Yang Y,Yu S.Analysis of moving sourcecharacteristics using polynomial chirplet transform[J].Journal of theAcoustical Society of America,2015,137(4):EL320-EL326.)。但是基于PCT的测速测距方法存在计算过程耗时较长的问题。此外，当目标以较低速度运动时，接收信号的多普勒频移较为微弱，PCT方法不能精确的提取出接收信号的瞬时频率(牺牲计算效率增加时间窗长度可以在一定程度上提高PCT的频率分辨能力，考虑到PCT的计算效率本来就低，牺牲计算效率的做法不可取)。

发明内容

要解决的技术问题