[发明专利]一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法

权利要求书

1.一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)选取兰姆波传播路径上不同距离的N个位置点，分别测量得到对应位置点的多模式兰姆波信号，即得到N组多模式兰姆波信号；每组信号为N个模式兰姆波信号的混叠信号；

(2)随机选择步骤(1)所述N个位置点中的某一点作为初始点；

(3)随机选择一个模式，分别对其它N-1个位置点的混叠信号用该模式的频散特性根据该位置点与初始点的距离差进行频散补偿，使得这N-1点的兰姆波信号补偿回到初始点；

(4)将初始点的未补偿信号和N-1个补偿后信号构成观测信号矩阵，计算观测信号矩阵的自相关协方差矩阵，利用协方差矩阵计算出观测信号矩阵的白化信号矩阵；

(5)计算出白化信号矩阵的空间时频分布；

(6)采用联合对角化法计算出酉阵，进而得出初始点源信号的估计信号矩阵；

(7)根据步骤(6)中获得的估计信号矩阵和步骤(3)中所选择模式的频散特性得到在初始点分离出的该模式信号；

(8)重复步骤(3)至步骤(7)直到实现初始点兰姆波混叠信号N个模式信号的分离。

2.根据权利要求1所述的一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：在步骤(3)中，随机选择一个模式，分别对其它N-1个位置点的混叠信号用该模式的频散特性根据该位置点与初始点的距离差进行频散补偿，频散补偿函数表示为：

其中，j为虚数单位，ω为角频率，d为补偿距离，即该位置点与初始点的距离，c(ω)为兰姆波补偿模式的相速度；将步骤(1)中测量的N组多模式兰姆波信号记为y₁(t)和y′_i(t)，i＝2，3，...N，t为时间，设y₁(t)为初始点的兰姆波混叠信号，则在步骤(3)中对其它点的混叠信号y′_i(t)补偿后的信号y_i(t)表示为：

其中，r_i′(ω)是信号y′_i(t)的傅里叶变换，i＝2，3，...N。

3.根据权利要求2所述的一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：在步骤(4)中，将初始点的未补偿信号和N-1个补偿后信号构成观测信号矩阵，观测信号矩阵记为Y(t)，即：

Y(t)＝[y₁(t)，y₂(t)...y_N(t)]^T (1)

设初始点的N个模式兰姆波信号为x_i(t)，i＝1，2，3，...N，x_i(t)构成源信号矩阵X(t)，即：

X(t)＝[x₁(t)，x₂(t)...x_N(t)]^T (2)

由式(1)和(2)可得：

Y(t)＝AX(t) (3)

其中，A是混合矩阵；计算观测信号矩阵Y(t)的自相关协方差矩阵R，公式如下：

R＝E[Y(t)Y^T(t)]

其中，E为期望运算，上标T表示矩阵转置，利用协方差矩阵R计算出观测信号的白化矩阵V，即：

其中，γ₁...γ_N为自相关协方差矩阵R的N个特征值，ρ₁...ρ_N为特征值对应的特征向量；定义Y(t)白化后的信号矩阵为Q(t)，V是白化矩阵，用于求取观测信号矩阵Y(t)的白化信号Q(t)，酉阵U＝VA，则可得到：

Q(t)＝VY(t)＝V(AX(t))＝UX(t) (4)。