[发明专利]一种声纳目标立体收听方法

说明书

本发明公开了一种声纳目标立体收听方法，主要包括以下步骤：使用声纳单波束时域数据及其到达方位作为输入；调用收听者的头相关传输函数HRTF数据库；根据收听波束的到达角从收听者的头相关传输函数HRTF数据库中查询双耳在该方位的HRTF，并利用该HRTF对应的脉冲响应函数HRIR对收听波束数据进行滤波，分别得到左声道和右声道收听信号构成立体声信号；利用立体耳塞播放所述立体声信号，左耳塞播放左声道，右耳塞播放右声道。本发明可以将声纳目标收听信号由单通道收听转变为立体音收听，收听信号携带信号空间方位信号，更加接近自然信号，更匹配于人耳的听觉感官系统，增加听音判型的准确率。

技术领域

本发明涉及水声信号处理的领域，具体涉及一种声纳目标立体收听方法。

背景技术

声纳是当前各国海军舰艇实现水下预警探测的主要装备，由于实际海洋环境的复杂性和多变性、干扰和海上目标类型的多样性，目标识别依然是制约舰艇声纳能否实现高效水下目标探测的关键技术。且伴随着声纳向低频、宽带、大孔径、大功率方向发展，现役及新型低频主动声纳的工作距离已大幅度提升，工作距离范围内可发现的目标越来越多，声纳装备发展对目标识别技术的需求越来越突出。

然而，目前声纳目标识别技术的发展尚不能使声纳探潜过程完全智能化，声纳操作员在探潜过程中仍需执行较多的交互操作任务，声纳操作员听音判型在仍是国内外声纳装备在反潜战中确定目标与非目标的重要手段。而人类进化使得人耳、脑，配以特殊的人头与人外耳道结构组成了一部先进的音频处理系统。实践证明，水下不同类型目标的噪声和回波所具有的细微差别能够被人耳听觉系统所感知，利用人耳听觉系统对水下目标回波对应的目标类型进行判断，准确程度高于目前任何一部人造处理系统。

听音判型的准确程度除了与声纳兵的训练素质强相关外，音频信号质量也直接影响了听音的准确性，现役声纳单通道收听信号不利于听音判型。现役声纳设计过程中，目标收听均设计为单通道信号收听，目标噪声或回波信号经提取后直接通过耳塞送入人耳收听，左右通道信号相同，人耳收听的信号为一种非自然信号，即信号不具备方向性，且未经人外耳道、人头的外部结构的散射调制作用。而由于长期的训练，人耳更擅长于对立体的自然信号的感知和判别，现役声纳设计的单通道收听使得信号训练时间长，听觉可辩识性差，对听音判型较为不利。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种声纳目标立体收听方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种声纳目标立体收听方法，主要包括以下步骤：

1)使用声纳单波束时域数据及其到达方位作为输入；

2)调用收听者的头相关传输函数HRTF数据库；

3)根据收听波束的到达角从收听者的头相关传输函数HRTF数据库中查询双耳在该方位的HRTF，并利用该HRTF对应的脉冲响应函数HRIR对收听波束数据进行滤波，分别得到左声道和右声道收听信号构成立体声信号；

4)利用立体耳塞播放所述立体声信号，左耳塞播放左声道，右耳塞播放右声道。

所述滤波为FIR滤波。

所述立体耳塞播放为入耳式，若利用外放式喇叭播放，则失效。

本发明的理论依据为：

如附图1和附图2所示，设本船航行过程中，收听目标位于舷角θ(0°≤θ≤360°),θ＝0°为艏向方向，声纳听音员位于舰艇内部，面朝舰艏，在实际的立体收听环境下，对于舷角θ的目标辐射噪声源或回声信号源发出的声波应经过头部、耳廓、躯干等人体结构散射后最终到达双耳，这一物理过程可视为一个线性时不变(LTI)的声信号滤波系统，其特性可由系统的头相关传输函数(HRTF)完全描述。HRTF正是这个滤波系统的传输函数。在自由场的情况下，HRTF定义为：