CN102353937B - 单矢量有源平均声强器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种单矢量有源平均声强器。(1)校准单矢量水听器，使得各通道灵敏度一致；(2)将单矢量水听器接收到的经过前置放大的每路信号分别与对应的参考信号作拷贝相关；(3)拷贝相关后的信号经过峰值选择器，选取相关峰最大值；(4)利用峰值选择器输出的相关峰最大值对目标方位进行估计。本发明的优点是有源平均声强器可通过变更本地参考信号来检测与之匹配的信号，从而可估计该匹配信号的方位，即只要能分辨信号波形就可以测得方位。量精度与传统平均声强器以及复声强器相当；同时可测得同频带中两个以上不同目标的方位。

Description

单矢量有源平均声强器

技术领域

本发明涉及的是水声信号处理方法，更确切地说涉及一种基于单矢量水听器目标方位估计方法，是传统平均声强器的一种改进。

背景技术

矢量水听器可以同步共点地获得声场的标量和矢量信息，增加了信息种类和数量，也拓展了后置信号处理空间，并且单矢量水听器就可以实现标量水听器阵才能测量的目标方位信息，具有良好的空间指向性，可以抑制各向同性噪声以及不同方位的多址干扰。将矢量水听器应用于水声通信系统可有效改善系统的通信性能。

对于单个矢量水听器利用传统的平均声强器和复声强器，针对同频带的多目标来说理论极限仅能测量两个目标的方位，这无法满足有些领域的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以同时测得多个目标的方位的单矢量有源平均声强器。

本发明的目的是这样实现的：

(1)校准单矢量水听器，使得各通道灵敏度一致；

(2)将单矢量水听器接收到的经过前置放大的每路信号分别与对应的参考信号作拷贝相关；

(3)拷贝相关后的信号经过峰值选择器，选取相关峰最大值；

(4)利用峰值选择器输出的相关峰最大值对目标方位进行估计。

本发明利用单矢量水听器设计了有源平均声强器，利用伪随机码优良的自相关和互相关特性，可以同时测得多个目标的方位。

本发明的优点是有源平均声强器可通过变更本地参考信号来检测与之匹配的信号，从而可估计该匹配信号的方位，即只要能分辨信号波形就可以测得方位。

(1)测量精度与传统平均声强器以及复声强器相当；

(2)同时可测得同频带中两个以上不同目标的方位。

附图说明

图1是有源平均声强器结构图；

图2a-图7a为6个目标方位估计均值变化曲线；

图2b-图7b为6个标准差随信噪比变化曲线；

图8三用户方位湖试实验结果表。

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：

1、有源平均声强器具体实现：

首先在接收信号之前校准单矢量水听器，使得各通道灵敏度一致——保证各通道信号的一致性，以便后续处理。下面结合附图1对有源平均声强器方位估计的核心处理方法进行分析说明：

设目标i的真实方位为θ_i，则目标的估计方位为

v_x、v_y为矢量水听器接收到的两路振速信号，两个振速通道信号分别与参考信号s_i(t)作拷贝相关得到对应的输出

拷贝相关器的输出经过峰值选择器后得到有源平均声强器的输出

${\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{xi}}=\max \left[\stackrel{\‾}{s_i\left(t\right)v_x(t-\mathrm{\τ})}\right]=\max \left[C_{v_{\mathrm{xi}}}\left(\mathrm{\τ}\right)\right]=A_s\cos {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\Δ}}_x---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{yi}}=\max \left[\stackrel{\‾}{s_i\left(t\right)v_y(t-\mathrm{\τ})}\right]=\max \left[C_{v_{\mathrm{yi}}}\left(\mathrm{\τ}\right)\right]=A_s\sin {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\Δ}}_y---\left(2\right)$

式中：A_s为信号拷贝相关峰最大值，Δ_x、Δ_y为干扰小量。将式(1)与式(2)相除，得到：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_i=\arctan \frac{\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{yi}}}}{\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{xi}}}}---\left(3\right)$

2、仿真研究：

仿真条件：目标数N＝6，采样频率f_s＝48kHz，载频频率f_c＝6kHz，6个目标方位分别为45°、50°、90°、120°、180°、330°，PN码采用不同的10阶平衡Gold序列，序列chip长度0.5ms，信噪比变化范围是从-4-10dB，统计次数为200次。

附图2至附图7为6个目标方位估计均值和标准差随信噪比变化曲线，由图中可以看到，目标方位估计的标准差随着信噪比的增加而逐渐减小，并且在该仿真条件下，均有较高的方位估计精度，各用户方位方差均小于2°，验证了本发明所提出的有源平均声强器算法在多用户通信中可同时分辨各用户方位的有效性和可行性，即有源平均声强器克服了传统平均声强器只能测量频带重叠的多目标的合成声强流方向的局限。

3、湖试试验验证：为了验证本发明的有效性能，发明人进行了验证性的试验：用户1距离接收船400m，接收单矢量水听器吊放深度为12m；用户2距离接收船2000m，接收单矢量水听器吊放深度为4m；用户3距离接收船1000m，接收单矢量水听器吊放深度为12m。

对于每次采集的单个用户数据均基于平均声强器进行方位估计，由于平均声强器法方位估计技术已经很成熟，可将其所估计出的结果作为各用户方位真值。将3个用户数据叠加后，此时若采用平均声强器法将仅能测出1个合成方位；而将叠加数据输入有源平均声强器，则可估测出多用户通信时各用户方位，将其与传统平均声强器分别估计得到的方位值进行比对，以验证该方法的有效性。各用户方位估计值如图8所示。

Claims (1)

1.一种基于单矢量有源平均声强器的目标方位估计方法，其特征是：

（1）校准单矢量水听器，使得各通道灵敏度一致；

（2）将单矢量水听器接收到的经过前置放大的每路信号分别与对应的参考信号作拷贝相关；

（3）拷贝相关后的信号经过峰值选择器，选取相关峰最大值；

（4）利用峰值选择器输出的相关峰最大值对目标方位进行估计；

对目标方位进行估计的具体方法为：

目标i的真实方位为θ_i，则目标的估计方位为

；v_x、v_y为单矢量水听器接收到的两路振速信号，两个振速通道信号分别与参考信号s_i(t)作拷贝相关得到对应的输出

，拷贝相关器的输出经过峰值选择器后得到有源平均声强器的输出

${\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{xi}}=\max \left[\stackrel{\‾}{s_i\left(t\right)v_x(t-\mathrm{\τ})}\right]=\max \left[C_{v_{\mathrm{xi}}}\left(\mathrm{\τ}\right)\right]=A_s\cos {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\Δ}}_x$

${\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{yi}}=\max \left[\stackrel{\‾}{s_i\left(t\right)v_y(t-\mathrm{\τ})}\right]=\max \left[C_{v_{\mathrm{yi}}}\left(\mathrm{\τ}\right)\right]=A_s\cos {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\Δ}}_y$

式中：A_s为信号拷贝相关峰最大值，Δ_x、Δ_y为干扰小量；将上述两式相除，得到：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_i=\arctan \frac{\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{yi}}}}{\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{xi}}}}.$

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