[发明专利]一种适用于矢量水听器的线谱检测方法

说明书

本发明提出一种适用于矢量水听器的线谱检测方法，其包括步骤：步骤一，对矢量阵列各传感器通道的时域信号做波束形成处理；步骤二，对时域波束形成的结果做带通滤波和降采样处理；步骤三，通过对多种自适应线谱增强算法的对比分析；步骤四，使用多重自相关法，利用信号与噪声在统计特性上的可区分性，把淹没于噪声中的线谱信号提取出来；步骤五，使用分段周期图平均法对通过自适应线谱增强和多重自相关处理的时间序列做功率谱估计；步骤六，对门限检测的结果做时间统计。该线谱检测方法充分利用矢量水听器的空间增益和时间增益来提高线谱信号的信噪比，自动识别与提取出淹没在宽带干扰背景中的目标线谱。

技术领域

本发明涉及一种适用于矢量水听器的线谱检测方法，属于水声信号处理技术领域。

背景技术

矢量水听器是接收换能器的一种。在水声领域，通常，将传感器称为换能器，接收换能器主要包括标量传感器和矢量传感器，也叫标量水听器和矢量水听器。在声场测量中，传统的方法是采用标量水听器，只能测量声场中的标量参数。矢量水听器能测量声场中的矢量参数，它的应用有助于获得声场的矢量信息，对声呐设备的功能扩展具有极为关键的意义。

舰船辐射噪声一般包含线谱和连续谱，其中线谱主要是由于舰艇螺旋桨的周期性击水以及叶片共振产生的。因产生线谱的声源的功率和惯性都相当大，工作条件比较稳定，所以线谱具有较高的能量和稳定性，使用线谱检测技术可以显著提高被动声呐的作用距离。近年来，现代舰艇的隐身性能得到了高度重视，随着减振降噪技术在舰艇上的大量应用，目标辐射噪声大幅降低，出现了很多安静型目标。从强海洋背景噪声中检测出微弱的线谱信号，成为近年来水声信号处理的一个重要的研究课题。一些理论成熟且行之有效的方法已经被应用在微弱线谱检测的研究中。

波束形成器可以获得空间处理增益，为检测弱信号创造条件。波束形成器是一种空域滤波器，它将各通道数据进行加权求和得到输出，通过设计合适的加权值，可以有选择地增强来自某一指定方向的信号，抑制其他方向到达的信号，提高输出信噪比。

自适应线谱增强是自适应信号处理的一个重要应用，它具有在低信噪比条件下较好地提取线谱的能力，且无需噪声参考信号就能自适应地将线谱信号从宽带噪声中分离出来。但是该算法的固有缺陷严重制约了其工程实际应用。

因此，如何利用矢量水听器实现自动识别与提取淹没在强海洋背景噪声中的远距离或安静型目标辐射的微弱线谱信号，还有待进一步地研究。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明旨在提出一种适用于矢量水听器的线谱检测方法，其充分利用矢量水听器的空间增益和时间增益来提高线谱信号的信噪比，自动识别与提取出淹没在宽带干扰背景中的目标线谱。

为实现上述目的，本发明的适用于矢量水听器的线谱检测方法包括如下步骤：

步骤一，对矢量阵列各传感器通道的时域信号做波束形成处理；

步骤二，对时域波束形成的结果做带通滤波和降采样处理，为自适应滤波增强处理效果和提高处理速度做准备；

步骤三，通过对多种自适应线谱增强算法的对比分析，简化的谐波簇自适应线谱增强算法在低信噪比情况下能有效地抑制背景噪声；

步骤四，使用多重自相关法，利用信号与噪声在统计特性上的可区分性，把淹没于噪声中的线谱信号提取出来；

步骤五，使用分段周期图平均法对通过自适应线谱增强和多重自相关处理的时间序列做功率谱估计；

步骤六，对门限检测的结果做时间统计。

进一步地，步骤一中的波束形成处理采用的计算公式为B=W(θ)*A，其中为校准因子，θ为扫描角度在0~360°范围内取值，A为阵列流形，