[发明专利]一种使用水听器接收信号估计空中运动声源速度的方法

摘要

本发明涉及一种使用水听器接收信号估计空中运动声源速度的方法，将PCT与Ferguson和Lo提出的使用单水听器接收信号估计空中目标速度的方法结合在一起。首先，利用PCT估计水听器接收信号在整个时间序列上的瞬时频率，再从瞬时频率中计算4个参数即声源频率f0、运动速度v、飞行高度h和CPA时间μc的初始估计值，最后利用Ferguson和Lo建立的瞬时频率参数模型在最小二乘法准则下迭代拟合瞬时频率估计值求解目标速度。有益效果：估计出了较为准确的信号瞬时频率。并以此为基础利用瞬时频率和声源参数的关系实现了使用水听器接收信号对空中运动声源速度的精确估计。上述方法比利用STFT得到瞬时频率的参数估计方法更为准确。

主权项

1.一种使用水听器接收信号估计空中运动声源速度的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：放大水听器接收到的信号并记录，记为sr(t)，声源为亚音速飞机，并且声波在跨介质入水的过程中入射角小于临界角12.8°；声源某一特定线谱的原始频率恒为f0，运动速度为v，高度为h，CPA时间为μc；步骤2：对记录到的信号sr(t)利用STFT进行预处理，得到接收信号的时频分布后采用带通滤波，对滤波后的信号进行希尔伯特变换得到相应的复信号z(t)；步骤3：利用PCT对预处理后的信号z(t)进行时频分析，得到预处理后信号z(t)的时频分布：PCT的定义式其中：τ表示对信号做PCT的时刻，f表示信号频率，wα(t)表示非负、对称且归一化实窗；采用高斯函数，α给定了高斯窗的时间跨度，和分别为频率旋转算子和频移算子；所述β＝(β1,β1,...,βN)为多项式系数向量；通过迭代实现以β为系数的多项式对信号瞬时频率的最优逼近，收敛后得到最优多项式系数，相应的PCT结果将在下一步被用来估计信号z(t)的瞬时频率；步骤4：在时刻τ_k对信号能量在频率上的分布进行三点二次插值，能量峰值对应的频率即为信号的瞬时频率估计值以此获得信号在采样时间上的瞬时频率估计序列其中，τ_k表示时间序列中的第k个时刻，K表示时间序列的长度；步骤5：以水下观测空中运动线谱声源的瞬时频率模型在非线性最小二乘准则下拟合逼近上一步得到的瞬时频率估计序列通过迭代算法估计声源参数，当算法收敛后即得到声源速度的估计值