[发明专利]一种基于序贯环境学习的弱水声目标线谱自主提取方法

权利要求书

1.一种基于序贯环境学习的弱水声目标线谱自主提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取水声信号，并对获取的水声信号进行功率谱估计得到功率谱；

步骤2，对得到的功率谱进行自主线谱提取得到线谱；

步骤3，环境线谱序贯学习与更新；

步骤3-1，记，，，其中，为自主提取线谱动态信息矩阵，为线谱索引，为最大线谱数量，表示第根线谱各处理帧提取信息的索引，为每根线谱允许存储的最大历史帧数，自主提取线谱动态信息矩阵第1列中存放第根线谱的频率，自主提取线谱动态信息矩阵第2列中存放帧中自主提取到第根线谱的次数，自主提取线谱动态信息矩阵第列中存放最近帧第线谱单帧提取结果，提取到结果为1，否则结果为0，，按如下方式对自主提取线谱动态信息矩阵进行数据搬移：

步骤3-1-1，初始化，令；

步骤3-1-2，令，，为自主提取线谱动态信息矩阵当前存储的线谱数；

步骤3-1-3，令，若；则返回步骤3-1-2继续进行数据搬移，否则进入步骤3-1-4；

步骤3-1-4，数据搬移结束，令，，；

步骤3-2，若本帧水听器采集信号中提取的线谱个数K=0，N为本帧水听器采集信号长度，回到步骤1进行下一帧数据处理，否则根据本帧提取的K根线谱按照1~K的顺序对自主提取线谱动态信息矩阵进行数据更新，每根线谱的处理步骤如下：

步骤3-2-1，寻找第k根线谱在中的更新位置：

其中，表示中已有的U根线谱与第k根线谱频率维最小距离，表示第k根线谱的精测频率，为判断是否为同频线谱的门限，若最小频率维距离小于门限，则判为同频线谱，更新位置取最小距离对应的序号u，否则第k根线谱作为新增线谱，更新位置取，并更新线谱个数；

步骤3-2-2，更新中第行信息：

步骤3-3，设定环境线谱判别门限，判断中的U根线谱是否存在环境线谱，若有，记录环境线谱频率，具体步骤如下：

步骤3-3-1，初始化令，环境线谱索引初始值记为；

步骤3-3-2，若第根线谱满足如下条件：

则将该线谱判为环境线谱，令，第根环境线谱频率记为；

步骤3-3-3，令，若，则返回步骤3-3-2继续进行环境线谱判别，否则结束判别，环境线谱总数记为；

步骤4，对当前功率谱进行环境线谱抑制处理获得重构功率谱；

步骤4-1，初始化重构功率为，表示重构功率谱，为各子序列长度；

步骤4-2，对本帧自主提取线谱按照线谱强度进行从大到小排序，记获得的新线谱频率序列为，表示提取到的线谱数量；

步骤4-3，初始化线谱索引；

步骤4-4，判断新线谱频率序列的线谱是否为环境线谱，如是进入步骤4-5，否则进入步骤4-6，具体判断方法如下：

若存在满足如下条件则将第根线谱判定为环境线谱：

其中，为同频环境线谱判决门限；

步骤4-5，按如下方式对第根线谱进行环境线谱抑制处理重构功率谱：

步骤4-5-1，生成长度为的第根线谱的时域信号：

为水声节点接收信号数字化过程中的采样率；

步骤4-5-2，计算的功率谱：

其中，，表示的功率谱，为的第个子序列，表示相继子序列的偏移点数，，，表示线谱自主提取频带下限频率对应的离散频率索引，表示线谱自主提取频带上限频率对应的离散频率索引；

步骤4-5-3，按下式计算剔除线谱频率序列的线谱分量后的重构功率谱：

其中，表示求取在范围内的最大值，表示求取在范围内的最大值；

步骤4-6，令，若则返回步骤4-4，否则功率谱重构结束；

步骤5，对重构功率谱进行自主线谱提取获得疑似弱目标线谱；

步骤5-1，将重构的功率谱通过阶中值滤波器得到重构的功率谱趋势项，，则重构的功率谱与重构的功率谱趋势项的重构的差值谱为：

的重构的规范化差值谱为：

其中，表示求取的标准差；

步骤5-2，遍历重构的规范化差值谱进行疑似弱目标线谱自主提取，包括如下步骤：

步骤5-2-1，设定疑似弱目标线谱检测门限，令线谱索引，遍历起始频率索引为；

步骤5-2-2，若满足如下条件：

则将判为疑似弱目标线谱，令线谱索引；

步骤5-2-3，令，则第根疑似弱目标线谱频率插值的相对偏差为：

第根疑似弱目标线谱的精测频率为：

其中，表示第根疑似弱目标线谱左边频点幅度值，表示第根疑似弱目标线谱幅度值，表示第根疑似弱目标线谱右边频点幅度值，表示第根疑似弱目标线谱的精测频率，为长度为的离散傅里叶变换的频率分辨率；

步骤5-2-4，令，若，则返回步骤5-2-2继续进行疑似弱目标线谱提取，否则重构功率谱疑似弱目标线谱自主提取结束，提取到的疑似弱目标线谱数量记为；

步骤6，对疑似线谱进行序贯性分析实现弱目标线谱自主辨识：

步骤6-1，记，为疑似弱目标线谱动态信息矩阵，其中，为疑似弱目标线谱索引，为疑似弱目标线谱最大线谱数量，表示第根疑似弱目标线谱各处理帧提取信息的索引，为疑似弱目标线谱每根线谱允许存储的最大历史帧数，疑似弱目标线谱动态信息矩阵第1列中存放第根疑似弱目标线谱的频率，疑似弱目标线谱动态信息矩阵第2列中存放帧重构功率谱疑似弱目标线谱自主提取中提取到第根线谱的次数，疑似弱目标线谱动态信息矩阵第列中存放最近帧第根线谱单帧疑似弱目标线谱提取结果，提取到结果为1，否则结果为0，按如下方式对疑似弱目标线谱动态信息矩阵进行数据搬移处理：

步骤6-1-1，初始化，令；

步骤6-1-2，令，为疑似弱目标线谱动态信息矩阵当前存储的线谱数；

步骤6-1-3，令，若；则返回步骤6-1-2继续进行数据搬移，否则进入步骤6-1-4；

步骤6-1-4，数据搬移结束，令；

步骤6-2，若本帧重构功率谱中提取到的疑似弱目标线谱个数，回到步骤1进行下一帧数据处理，否则按如下方式对疑似弱目标线谱动态信息矩阵进行数据更新，并进行弱目标线谱辨识，每根疑似弱目标线谱的处理步骤如下：

步骤6-2-1，寻找第根线谱在中的更新位置：

其中，表示中已有的A根线谱与第q根线谱频率维最小距离，为判断是否为同频疑似弱目标线谱的门限，若最小频率维距离小于门限，则判为同频线谱，更新位置取最小距离对应的序号a，否则第q根线谱作为新增线谱，更新位置取A+1，并更新线谱个数A=A+1；

步骤6-2-2，更新中第行信息：

其中，为中第行第1列，用于存放第q根线谱频率，为中第行第3列，用于存放本处理帧第q根线谱单帧提取结果，1表示有提取到，为第q根线谱提取到的次数；

步骤6-2-3，判断第q根线谱是否为弱目标线谱，判断条件为：

若满足条件，则判为弱目标线谱，令，记第根弱目标线谱频率为；

其中，表示弱目标线谱提取门限；

步骤6-2-4，令，若，则返回步骤6-2-2，否则数据更新及弱目标线谱辨识结束。