[发明专利]基于循环调制频谱和分段互相关相结合的双谱分析方法

摘要

本发明涉及一种基于循环调制频谱和分段互相关相结合的双谱分析方法，计算低信噪比水听器信号的循环调制谱，将循环调制谱逆傅里叶变换为时域信号再输入到全相位数字滤波器中，将滤波后信号分成若干段做两两互相关的双谱后再合并，然后计算合并双谱的显著性水平，以显著性水平作为二次相位耦合的接受域，计算得到双相干指数谱的切片谱，最后从该切片谱的低频段提取出发生二次相位耦合的目标的轴频与各阶次谐波。本发明方法可以在低信噪比条件下有效地检测得到水听器信号中发生二次相位耦合的轴频与各阶次谐波，具有较高的灵敏度和抗鲁棒性。通过数据验证发现，即使在低信噪比条件下，也能准确检测出二次相位耦合的目标的轴频与各阶次谐波。

主权项

1.一种基于循环调制频谱和分段互相关相结合的改进双谱分析方法，其特征在于步骤如下：步骤1：对低信噪比的接收信号进行时域采样，得到长度为N的时域离散序列x(n)，n＝1,2…N；以长度为L₂的汉宁窗对x(n)进行分段加权计算，窗函数为w(n)，x(n)被分成N₁段，第i段信号用x_i(n)表示，每段信号x_i(n)包含个采样点，即每两段信号之间重叠的点数为信号x_i(n)的时间相关谱为：其中，yi(n,f)是xi(n)的时间相关谱，f是第i段窄带时间相关谱yi(n,f)的中心频率，fs是采样频率；对|y_i(n,f)|²做离散傅立叶变换，将时间变量n转换为二阶双循环频率变量得到循环调制谱：其中：为接收信号的循环调制谱，为二阶双循环频率变量，中包含着目标的轴频与各阶次谐波的频率，f为循环调制谱各段载频的中心频率；步骤2：对循环调制谱做2N‑1点离散逆傅立叶变换，得到其时域离散信号c(n),n＝1,2...2N‑1：步骤3：采用全相位数字滤波器对时域信号c(n)进行预处理，得到N点离散信号Z(n),n＝1,2...N；全相位数字滤波器的窗函数w3(n)，实际上是通过两个汉宁窗函数w1(n)和w2(n)卷积得到，其定义如下：w1(n)＝0.5‑0.5cos(2π×k×n/N)w2(n)＝0.5‑0.5cos[2π×k×(N‑n+1)/N]c(n)通过全相位数字滤波器得到的滤波信号Z(n)的计算公式如下：步骤4：将全相位滤波后的信号Z(n)分成N₃段，每段信号长度第m段信号为z_m(n)，m＝1,2...N₃，然后计算任意两段信号z_j(n)和z_g(n)之间的互相关函数R_m(τ)：其中，τ为时延。步骤5：计算每一段互相关信号的功率谱后，将所有功率谱合并得到Q(f)：步骤6：通过对Rm(τ)的三阶累积量进行傅立叶变换，得到每一段互相关信号的双谱，然后合并得到B(f1,f2)，：其中f1，f2表示双谱中发生二次相位耦合的任意两个频率分量，且f1≠f2，()*表示复共轭；步骤7：对双谱B(f1,f2)归一化处理，得到双相干指数谱BCI(f1,f2)步骤8：计算二次相位耦合的显著性水平S(f1,f2)其中：为双相干指数谱BCI(f₁,f₂)的实部与虚部比值的反正切函数：为双相位的方差：步骤9：计算显著性水平S(f₁,f₂)的阈值其中，M是双谱分析中频率段的分段数，N₃是全相位滤波后的信号Z(n)的分段数；将大于所设置阈值的双相干指数谱的值，作为显著的临界接受区域，取临界接受域的矩阵对角线上的值，作为对角切片谱的幅值；最终得到的切片谱，其低频段的一系列线谱，即发生二次相位耦合的目标轴频与各阶次谐波。