[发明专利]一种针对低速运动声源的被动声学测速测距方法

摘要

本发明涉及一种针对低速运动声源的被动声学测速测距方法，根据传感器的接收信号s(n)的STFT分析结果确定待分析谱线所在的频率范围，该范围应当将这根谱线由于多普勒效应所造成的最大频率偏移和最小频率偏移包含在内，输入待定参数，通过定义D‑C‑CZT方法得到s(n)的时频分布，从时频分布中提取瞬时频率变化，基于最小二乘准则得到待定参数估计值，将待定参数估计值作为下次迭代的待定参数输入值，重复计算直至得到准确的速度估计值。本发明可以精确的提取出传感器接收信号的瞬时频率变化，尤其适用于传感器接收信号的多普勒频移特征较为微弱时的瞬时频率变化分析，能够获得较高精度的声源运动速度等参数的估计结果。

主权项

1.一种针对低速运动声源的被动声学测速测距方法，其特征在于步骤如下：步骤1、获取传感器的接收信号s(n)：目标在匀低速直线运动过程中自身噪声信号被传感器捕获，传感器将声信号转换为电信号记为s(n)；步骤2、根据STFT确定待分析谱线所在的频率范围：对s(n)做短时傅里叶变换STFT得到时频分布，从中选择一条能量最强的瞬时频率变化曲线，确定其最大频率偏移和最小频率偏移的频率范围；步骤3、设定待定参数的初始值：频移模型式中n＝0,1,…,N‑1指示离散时间变化，N表示离散信号s(n)的长度，声速c和采样间隔Δt为已知常量，待定的参数共有4个，分别是原始线谱的频率f0、噪声源的速度v、CPA时刻τc和CPA距离Rc；初始待定参数中频率f00设定为步骤2得到的频率范围的中心频率；噪声源的初始速度v0、CPA时刻τc0和CPA距离Rc0设定为大于0的任意值；步骤4、输入待定参数，通过D‑C‑CZT方法得到s(n)的时频分布：D‑C‑CZT定义：所述式中k＝0,1,…,N_w‑1指示离散频率变化，N_w代表加窗的长度，D＝(f₀,v,τ_c,R_c)代表迭代过程中不断更新的4个参数，是旋转算子，是频移算子，两个算子起提高时频聚集度的作用，w_σ是窗函数，A＝exp(j2πf_b)，W＝exp(j2πΔf)，其中f_b代表频率细化的起始频率，Δf代表频率细化的间隔；所述频率细化的范围即为步骤2)中待分析谱线所在的频率范围；高斯窗函数wσ(n)＝exp(‑0.5(n/σ)2)式中，σ＝(Nw‑1)/5表示高斯窗的标准差，|n|＞(Nw‑1)/2时wσ(n)＝0；步骤5、从时频分布中提取瞬时频率变化：从步骤4得到的s(n)时频分布中提取谱峰得到一组不同时刻下的谱峰频率f(n)，即为瞬时频率变化；步骤6、基于最小二乘准则得到待定参数估计值：基于最小二乘准则，利用频移模型拟合瞬时频率变化f(n)获取频移模型中待定参数的估计值：频率f0s、噪声源速度vs、CPA时刻τcs和CPA距离Rcs，其中上角标s代表D‑C‑CZT迭代次数；步骤7：将待定参数估计值作为下次迭代的待定参数输入值，重复步骤4～步骤6，当满足终止迭代的判定条件时，即得到准确的速度估计值；所述终止迭代的判定条件：