CN101539597B - 一种分辨具有相同频带辐射噪声的多目标方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于矢量DEMON信号处理的分辨具有相同频带辐射噪声的多目标方法。(1)将矢量水听器声压信号与振速信号进行互谱处理，完成包络检测，获得DEMON线谱；(2)对DEMON线谱进行融合与净化；(3)采用基于最大公约数算法的方位加权的串行迭代法对于DEMON线谱提取轴频；(4)通过轴频信息分辨多目标数量，并给出各目标的方位信息。本发明的优点是可以区分多目标，即使多个目标的辐射噪声具有相同频带，但由于各目标的轴频不同，仍然可以分辨。

Description

一种分辨具有相同频带辐射噪声的多目标方法

(一)技术领域

本发明涉及的是水声领域，更确切地说，涉及一种实现单矢量传感器分辨多目标的方法。

(二)背景技术

矢量传感器利用所接收到目标的声压和振速信息可以测得目标方位，平均声强器可以通过目标连续谱声辐射来测向。当多个目标具有频带重叠的连续谱特性时，单矢量传感器将无法分辨多目标，而只能测得声场中合成声强流的方向。但由于DEMON线谱可以反映舰船目标的螺旋桨叶片数和主轴转速等物理参数，是舰船辐射噪声的不变特征，因此，利用矢量传感器的对舰船辐射噪声DEMON线谱提取并帮助区分多目标轴频，再利用目标的DEMON线谱的轴频来对多目标测向与识别。可以解决单矢量传感器多目标分辨和测向问题。

文献“用单个矢量水听器基于DEMON线谱的双目标分辨”(《应用声学》，2005，3)中也是利用DEMON来分辨多个目标，但其是利用人工分簇的方法来分辨两个目标的，并未利用方位信息。

文献“基于DEMON线谱的轴频提取方法研究”(《应用声学》，2005，6)提出了基于标量水听器的最大公约数算法提取DEMON线谱轴频，但只应用于单目标情况。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以大大提高轴频提取的准确率，同时可以对每个目标测向的一种分辨具有相同频带辐射噪声的多目标方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)将矢量水听器测得的声压信号与振速信号进行互谱处理，完成包络检测，获得DEMON线谱；

(2)对DEMON线谱进行融合与净化；

(3)采用基于最大公约数算法的方位加权的串行迭代法对于DEMON线谱提取轴频；

(4)通过轴频信息分辨多目标数量，并给出各目标的方位信息。

为实现本发明的目的，单矢量传感器分辨具有相同频带辐射噪声的多目标的方法，本发明利用目标DEMON线谱是由舰船螺旋桨运动产生的，是舰船的特征谱线，提出通过单个矢量传感器提取多目标DEMON线谱的轴频，来分辨多目标并测向的方法。

本发明的优点是可以在具有相同频带辐射噪声的多目标的情况下，通过对DEMON线谱轴频的提取，实现多目标分辨。与常规的DEMON谱分析方法相比，矢量传感器提供的方位信息可以大大提高轴频提取的准确率，同时可以对每个目标测向。

(四)附图说明

图1是矢量DEMON谱分析框图；

图2是常规DEMON第一次提取时差频的品质因数；

图3是常规DEMON第二次提取时差频的品质因数；

图4是矢量DEMON线谱方位分布图；

图5是矢量DEMON谱多目标轴频提取流程图；

图6是矢量DEMON第一次提取时差频的品质因数；

图7是矢量DEMON第二次提取时差频的品质因数。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

首先是对DEMON谱的提取：本发明这个步骤与传统矢量DEMON分析法相同，见文献“用单个矢量水听器基于DEMON线谱的双目标分辨”。

第二步是DEMON线谱的融合与净化：本发明这个步骤与传统DEMON分析法相同，见文献“基于DEMON线谱的轴频提取方法研究”。

第三步对融合和净化后的DEMON线谱进行测向：

设有舰船辐的DEMON线谱：

其中，f₁为基频，

为初始相位。

平面波条件下，矢量水听器接收到的声压和振速分别为：

p＝cos(2πf₀t)·s₁(t)          (2)

vx＝cos(2πf₀t)·s₁(t)·cos(θ)(3)

vy＝cos(2πf₀t)·s₁(t)·sin(θ)(4)

以上3式中，f₀是被调制的高频信号的频率，θ是目标方位。

为获得DEMON线谱，需要对被调制的信号进行解调，为此将(2)分别与(3)和(4)式相乘，得到声强流：

Ix＝p·vx＝cos²(2πf₀t)·s² ₁(t)·cos(θ)(5)

Iy＝p·vy＝cos²(2πf₀t)·s₁ ²(t)·sin(θ)(6)

上两式的声强流，通过一个低通滤波器后就可以检出包络，包络中含有DEMON谱和目标方位信息。

然后用如下公式测向：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{Iy}\left(f\right)}{\mathrm{Ix}\left(f\right)}---\left(7\right)$

第四步是本发明的创新之处，也是关键所在。最大公约数算法提取轴频法只能用于单目标轴频提取，本发明以其为基础，加入方位加权的串行迭代法提取多个目标轴频，流程图如图5。

(1)求出所有线谱之间的差频，应用最大公约数算法计算所有差频的品质因数，设定一个品质因数门限，品质因数最大且过门限的差频是第一个目标的轴频；

(2)当确定第一个目标的轴频后，根据串行迭代法，应将该目标的轴频和其所有的倍频剔除，否则无法使用最大公约数算法提取下一个目标的轴频。但同时应将多个目标的公共倍频保留，否则会降低其他目标的品质因数。因此在去除第一个目标的轴频及其倍频时参照方位信息，如果倍频方位与轴频方位相同或在一个误差范围内，说明该倍频只有该目标的能量，不是其它目标轴频的倍频，可以剔除；如果倍频方位与轴频方位不同说明该谱线合成了其它目标的能量，这根谱线也是其它目标的倍频，因此不能剔除需要保留。

(3)对剩下的线谱重复以上算法提取第二个目标的轴频。如此反复直到所有差频的品质因数都不过门限，表示所有目标的轴频都被提取。

第五步通过轴频信息分辨多目标数量。

是舰船的特征谱线，即使是同一型号的舰船轴频也会有所不同，轴频中只包含该舰船的能量。因此用第三步中的测向方法测得的方位为该目标的真实方位，而不是声场中合成声强流的方向。对各个目标的轴频用第三步中的测向方法测向，并给出各目标的方位信息。

下面是对本方法的仿真，以双目标为例，两个目标的轴频分别为10Hz和13Hz，信噪比为6dB。

图2为第一次提取时差频的品质因数，图3为第二次提取时差频的品质因数，由图可见由于第一次将不该剔除的线谱剔除，导致第二目标的品质因数下降无法提取轴频。

图4是矢量DEMON线谱方位分布图。根据图4的方位对数据作处理，结果如图6和图7，由图中可见，可以完整提取两个目标的轴频。

基于矢量的DEMON线谱分析与提取技术可以很好的分辨具有相同频带辐射噪声的多目标，即使多个目标的轴频具有公共倍频。

Claims (1)

1.一种分辨具有相同频带辐射噪声的多目标方法，其特征是：

(1)将矢量水听器测得的声压信号与振速信号进行互谱处理，完成包络检测，获得DEMON线谱；

(2)对DEMON线谱进行融合与净化；

(3)对融合和净化后的DEMON线谱进行测向；

设有舰船辐射的DEMON线谱：

其中，f₁为基频，

为初始相位；

平面波条件下，矢量水听器接收到的声压和振速分别为：

p＝cos(2πf₀t)·s₁(t)

vx＝cos(2πf₀t)·s₁(t)·cos(θ)

vy＝cos(2πf₀t)·s₁(t)·sin(θ)

其中，f₀是被调制的高频信号的频率，θ是目标方位；

将p分别与vx和vy相乘，得到声强流：

Ix＝p·vx＝cos²(2πf₀t)·s² ₁(t)·cos(θ)

Iy＝p·vy＝cos²(2πf₀t)·s₁ ²(t)·sin(θ)声强流，通过一个低通滤波器后就检出包络，包络中含有DEMON线谱和目标方位信息；

然后用如下公式测向：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{Iy}\left(f\right)}{\mathrm{Ix}\left(f\right)};$

(4)采用基于最大公约数算法的方位加权的串行迭代法对于DEMON线谱提取轴频；其中方位加权的串行迭代法提取多个目标轴频的方法为：

(a)求出所有线谱之间的差频，应用最大公约数算法计算所有差频的品质因数，设定一个品质因数门限，品质因数最大且过门限的差频是第一个目标的轴频；

(b)当确定第一个目标的轴频后，去除第一个目标的轴频及其倍频时参照方位信息，如果倍频方位与轴频方位相同或在一个误差范围内，可以剔除；如果倍频方位与轴频方位不同说明该线谱合成了其它目标的能量，不能剔除需要保留；

(c)对剩下的线谱重复步骤(a)、(b)提取第二个目标的轴频，如此反复直到所有差频的品质因数都不过门限，表示所有目标的轴频都被提取；

(5)通过轴频信息分辨多目标数量，并给出各目标的方位信息。

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