CN105676169B - 一种脉冲声目标的定向方法及装置 - Google Patents

一种脉冲声目标的定向方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105676169B
CN105676169B CN201610034504.4A CN201610034504A CN105676169B CN 105676169 B CN105676169 B CN 105676169B CN 201610034504 A CN201610034504 A CN 201610034504A CN 105676169 B CN105676169 B CN 105676169B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
target
pulse
module
delay inequality
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610034504.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105676169A (zh
Inventor
黄嵘
王志峰
李志宇
李承英
江丽
杨博
蒋皓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 3 Research Institute
Original Assignee
CETC 3 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 3 Research Institute filed Critical CETC 3 Research Institute
Priority to CN201610034504.4A priority Critical patent/CN105676169B/zh
Publication of CN105676169A publication Critical patent/CN105676169A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105676169B publication Critical patent/CN105676169B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/803—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from receiving transducers or transducer systems having differently-oriented directivity characteristics

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种脉冲声目标的定向方法和装置，包括以下步骤：通过五元立体传声器阵列采集声信号并存储；对信号分别进行降噪处理，判断信号是否是真正的目标脉冲声信号；采用零相位低通滤波器对各通道信号分别进行零相位滤波处理；采用插值算法计算出时延差并判断时延差是否正确；对时延差结果进行气象修正；计算出目标声源在坐标系上的方向角和俯仰角，计算出各通道脉冲声信号信噪比，判断各通道信号质量的优劣，经过定向去模糊后得出目标相对于五元立体传声器阵列的方向角和俯仰角。本发明在满足系统定向精度要求的条件下，大大提高了系统的灵活性和鲁棒性。

Description

一种脉冲声目标的定向方法及装置
技术领域
本发明涉及一种声源定位技术，特别涉及一种脉冲声目标的定向方法及装置。
背景技术
现有国内外声探测系统中，负责定向的单个声测哨一般都是采用布置成三角形的传声器阵列，基于传声器阵列的声源定位是结合传声器阵列空间选择性强，抑制噪声能力强，通过对多路信号进行分析处理，在空间中定位出声源的平面或空间坐标，从而得到声源的位置。现有技术中，为了达到较高的定向精度，阵列孔径较大，三角形传声器阵列在实际应用时需要平坦宽广的地面，在山坡地等不平地面会造成定向精度不高，而且对于弹道声不能进行立体定向。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种定向精度较高，能够进行立体定位且具有较好系统的灵活性和鲁棒性的脉冲声目标的定向方法及装置。
本发明是这样实现的：一种脉冲声目标的定向方法，包括以下步骤：
a)提供五个传声器构成正四面椎体的五元立体传声器阵列，通过五元立体传声器阵列采集声信号并存储；
b)对采集到的5通道的信号分别进行降噪处理，然后再进行时频域联合检测，判断信号是否是真正的目标脉冲声信号，若结果为是，则继续执行下述步骤，若结果为否，则返回步骤a；
c)采用零相位低通滤波器对各通道信号分别进行零相位滤波处理，实现脉冲声信号的精确完整截取，然后将截取出的5通道脉冲声信号进行波形对齐处理；
d)采用插值算法对提取的脉冲声信号进行插值，计算出时延差并判断时延差是否正确，若判断结果为是，则继续执行下述步骤，若判断结果为否，则结束；
e)根据温度、风速和风向对时延差结果进行气象修正；
f)采用5个通道两两时延差计算出目标声源在坐标系上的方向角和俯仰角，计算出各通道脉冲声信号信噪比，对各通道信噪比进行排序，并与设定的信噪比门限进行比较，判断各通道信号质量的优劣，经过定向去模糊后得出目标所处的象限并输出目标相对于五元立体传声器阵列的方向角和俯仰角。
作为优选方案，在步骤b中，进行时频域联合检测时，先通过检测信号的时域峰值能量、时域平均能量、时域脉冲形状来发现并初步截取完整时域脉冲声信号；然后计算该脉冲声信号的功率谱，并得出相应的频域谱峰位置、频域能量分布，再判断该信号是否是真正的目标脉冲声信号。
作为优选方案，所述步骤d中插值采用如下算法：
①设提取到的脉冲波长度为L1个点，插值后脉冲波长度为L2个点，L2>L1，脉冲波时域序列为X1；
②对脉冲波序列X1做傅里叶变换，变换长度为L1，变换后得到频域序列XF1；
③计算原序列的最高频率位置：nf＝(L1+1)/2；
④在序列XF1的nf位置后插入L2-L1个0，其它值保持不变，得到频域序列XF2，长度为L2；⑤对序列XF2做逆傅里叶变换，得到时域序列X2；
⑥最终插值后的脉冲波时域序列为：X3＝X2×(L2/L1)。
作为优选方案，在进行步骤d时，两路信号的时延差通过以下算法得出：
①设待计算的两路信号分别为：
式中，s(t)是声源，a1、a2是传播衰减系数，n1、n2是环境噪声，d是待估计的时延；
②根据公式：
式中，E式期望算子，使上式最大的变量f就是要估计的时延；
③采用广义互相关法，对于离散数字信号进行处理，广义互相关输出为离散数字序列，时延由两部分组成，整数时延P和小数时延W，根据公式：
从而计算出W。
作为优选方案，在步骤f中，所述定向去模糊包括解模糊方法和阵列修正方法，解模糊方法包括以下步骤：
①使用反正切三角函数计算方向角并判断其正负，若结果为正，继续判断第一传声器和第三传声器的时延差是否为正，若反正切三角函数值的结果为负，则继续判断第二传声器和第四传声器的时延差是否为正；
②通过判断第一、第三传声器和/或第二、第四传声器的时延差的正负，得到输出目标的方向角所处象限；
③通过阵列修正方法确定输出目标的方向角所处象限。
作为优选方案，在步骤c中，所述零相位低通滤波器的截止频率为80Hz。
一种脉冲声目标的定向装置，包括：
数据采集模块，其包括五个传声器，五个传声器构成正四面椎体并构成五元立体传声器阵列；
降噪检测模块，其对声信号采集模块采集到的5通道的信号分别进行降噪处理，并进行时频域联合检测；
零相位滤波模块，其采用零相位低通滤波器对各通道信号分别进行零相位滤波处理，实现脉冲声信号的精确完整截取，且可对截取出的5通道脉冲声信号进行波形对齐处理；
时延处理模块，其通过插值算法对提取的脉冲声信号进行插值，计算出时延差并判断时延差是否正确；
气象修正模块，其根据温度、风速和风向对时延差结果进行气象修正；
优化输出模块，其可根据5个通道两两时延差计算出目标声源在坐标系上的方向角和俯仰角，计算出各通道脉冲声信号信噪比，对各通道信噪比进行排序，并与设定的信噪比门限进行比较，判断各通道信号质量的优劣，通过定向去模糊模块得出目标所处的象限并输出目标相对于五元立体传声器阵列的方向角和俯仰角。
作为优选方案，所述正四面椎体的底面是边长为2米的正方形，正四面椎体的高为2米。
作为优选方案，所述零相位低通滤波器的截止频率为80Hz。
作为优选方案，所述定向去模糊模块包括解模糊模块和阵列修正模块，解模糊模块可得出输出目标的方向角所处象限，所述阵列修正模块可对解模糊得到的数据进行修正。
本发明能够提高在山坡地等不平地面的定向精度，能够进行立体定向；在阵列尺寸缩小的条件下，仍能保证声探测系统定向精度的要求，甚至是传声器阵列中某一传声器出现了故障时，采取优化策略仍能使定向精度达到系统的要求；此外，在满足系统定向精度要求的条件下，大大提高了系统的灵活性和鲁棒性。
附图说明
图1是本发明实施例的五元立体传声器阵列的示意图。
图2是本发明实施例的脉冲声目标的定向方法的流程框图。
图3是本发明实施例的脉冲声目标的定向方法的流程详图。
图4是本发明实施例的定向去模糊方法的流程图。
图5是本发明实施例的脉冲声目标的定向装置的示意图。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
如图1至图4所示，本实施例的脉冲声目标的定向方法，包括以下步骤：
S100)提供五个传声器构成正四面椎体的五元立体传声器阵列，通过五元立体传声器阵列采集声信号并存储。本实施例为一种小尺寸正四面锥体传声器阵列，如图1所示，S1、S2、S3、S4和S5五只传声器分别位于锥体的各顶点上，根据计算设计底座为(S1S2S3S4)边长2米的正方形，高为2米。图1中T为待定向的目标声源，θ为其相对于阵的俯仰角，为其相对于阵的方向角。传声器阵列对目标声信号进行高精度采集，具体的就是选用高速高精度的数据采集模块来进行信号采集。对采集到的原始目标信号进行存储，以备后用。
本实施例的脉冲声由火炮发射、炸药爆炸产生，脉冲声在远距离传输过程中经过空气吸收和阻碍等影响，在距离声源较远处进行接收时主要拾取到的是80Hz以下的信号，按照80Hz计算信号的波长是：式中，λ为波长，c为声速，f为频率，计算得到接收到的火炮声信号波长大于4.25米，为了在空间中有效的采集到火炮声信号，要求阵元间距小于λ/2。
S200)对采集到的5通道的信号分别进行降噪处理，然后再进行时频域联合检测，判断信号是否是真正的目标脉冲声信号，若结果为是，则继续执行下述步骤，若结果为否，则返回步骤S100；由于采集到的信号中包括各种噪声或干扰成分，所以首先对5通道的信号分别进行降噪处理。若判断为是目标脉冲声信号，则进行步骤S300。
具体的，在步骤S200中，进行时频域联合检测时，先通过检测信号的时域峰值能量、时域平均能量、时域脉冲形状来发现并初步截取完整时域脉冲声信号；然后计算该脉冲声信号的功率谱，并得出相应的频域谱峰位置、频域能量分布，再判断该信号是否是真正的目标脉冲声信号。
S300)采用零相位低通滤波器对各通道信号分别进行零相位滤波处理，实现脉冲声信号的精确完整截取，然后将截取出的5通道脉冲声信号进行波形对齐处理；由于需要处理的脉冲声信号的能量主要集中在80Hz以下，噪声或干扰会使各通道间的脉冲声信号的波形一致性受到破坏，这会将影响脉冲声波形信号的精确截取和方向测量精度，而且为了保证各通道间信号时延特性不被破坏，所以本实施例采用截止频率80Hz的零相位低通滤波器对各通道信号进行处理。脉冲声信号经以上处理后会变得较为平滑，带外能量也得到明显抑制，从而可准确定位脉冲，实现脉冲声信号的精确完整截取。然后将截取出的5通道脉冲声信号进行波形对齐处理。
S400)采用插值算法对提取的脉冲声信号进行插值，实现高精度时延估计，计算出时延差并判断时延差是否正确，若判断结果为是，则继续执行下述步骤，若判断结果为否，则结束；根据时延估计方位的方法是利用各个阵元上接收同一目标信号的时间差,以及几何关系来解算目标方位信息的。插值后使提取的各通道脉冲波形点数增多，对各通道插值后的波形进行时延差估计能得到更高的精度。
具体的，所述步骤S400中插值采用如下算法：
①设提取到的脉冲波长度为L1个点，插值后脉冲波长度为L2个点，L2>L1，脉冲波时域序列为X1；
②对脉冲波序列X1做傅里叶变换，变换长度为L1，变换后得到频域序列XF1；
③计算原序列的最高频率位置：nf＝(L1+1)/2；
④在序列XF1的nf位置后插入L2-L1个0，其它值保持不变，得到频域序列XF2，长度为L2；
⑤对序列XF2做逆傅里叶变换，得到时域序列X2；
⑥最终插值后的脉冲波时域序列为：X3＝X2×(L2/L1)。
假定声源处于均匀噪声场中,且被两个空间传感器所接收。设待估计的两路信号分别为：
式中，s(t)是声源，a1、a2是传播衰减系数，n1、n2是环境噪声，d是待估计的时延。
x1(t)、x2(t)的互相关函数为：
式中，E式期望算子。使上式最大的变量f就是要估计的时延。当观测信号是不含噪声干扰的理想白噪声信号时，就是所估计时刻的冲击函数。实际当中，由于受到各种不同特征噪声的干扰，时延估计的准确性与信噪比和噪声之间的相关性有关，而时延估计的精确性是有相关曲线主峰的尖锐程度所决定。实际的声源信号往往是有色噪声或窄带随机噪声或包含若干谐波分量，其中可能有明显的周期成分，这些因素都会使相关曲线出现振荡或使相关峰变宽,妨碍了高精度时延估计的获得。因此，需要根据声源信号和噪声的特征，采用广义互相关法，对于离散数字信号进行处理，广义互相关输出为离散数字序列，时延由两部分组成，整数时延P和小数时延W，W由下式估计得出：
对估计的时延差进行正确性判断，若时延差的计算值超出了理论时延最大值时就结束本次处理流程。这样可以再次排除部分干扰，降低系统的虚警率。
选择恰当的时延估计方法是进行实时的目标方位估计的关键。各种时延估计方法包括广义互相关法、广义双谱法、广义相位谱法、参量模型法和自适应法等。这些方法大体上可分为基于相关法的时延估计和基于参数估计的时延估计。基于参数估计的时延估计方法虽然有较强的时延分辨能力,但往往要进行矩阵分解等复杂的运算,很难实时处理。所以基于相关法的时延估计以其计算简单,在高信噪比下有较好的估计精度,而被广泛的应用到各种实时的时延估计中。由于采集的到目标脉冲声信号频率较低，所以数字化采样率也较低，由检测算法提取出的目标脉冲声信号点数较少，采用少量点数的波形进行互相关计算得到的时延精度较低；另外若时延值不是采样周期的整数倍时，相关函数峰值也不会正好在采样点上。
S500)根据温度、风速和风向对时延差结果进行气象修正；在声探测系统中，温度、风速和风向对声音传播速度和路径具有较大的影响，如果不对上述气象因素进行修正，探测结果可能存在较大偏差，所以利用温度、风速和风向对时延差结果进行气象修正。
S600)采用5个通道两两时延差计算出目标声源T在坐标系上的方向角和俯仰角θ，计算出各通道脉冲声信号信噪比，对各通道信噪比进行排序，并与设定的信噪比门限进行比较，判断各通道信号质量的优劣，经过定向去模糊后得出目标所处的象限并输出目标相对于五元立体传声器阵列的方向角和俯仰角θ。
具体算法如下：
上式中，tij,i、j＝1,2,…,5为通过估计出的时延差，表示脉冲波到达传声器j的时间减去到达传声器i的时间差，D＝2米为传声器阵元间距，c为声速。
采用立体阵元和任意三个平面阵元(以阵元S1、S2、S3、S5为例)计算时，目标方向角俯仰角θ如下：
采用平面4阵元S1、S2、S3、S4计算时，只能得到目标的方向角如下：
采用任意平面3阵元(以S1、S2、S3为例)计算时，只可计算出目标的方向角如下：
式(5)至式(7)中各符号意义同式(4)。
在实际应用环境中，各传声阵元局部环境稍有不同，导致各传声器接收到信号的信噪比也有所不同，提取的各通道波形时域序列为Xi,i＝1,2,…,5，取各通道脉冲波形所在帧之前无信号帧的平均能量MESi作为噪声水平，则可得到各通道信噪比为：
式(8)中，n为提取的脉冲波序列长度。
计算出各通道脉冲声信号信噪比后，对各通道信噪比进行排序，并与设定的信噪比门限B进行比较，判断各通道信号质量的优劣，得到如下优化定向策略：
①当SNRi≥B,i＝1,2,…,5时，说明各通道信号质量都很好，利用各通道脉冲序列进行高精度时延差估计，通过式(4)计算目标方向角俯仰角θ；
②当SNRi<B,时，说明某个平面阵元提取的信号质量不好，该信号参与时延差估计和定向会对降低定向精度，固将其排除，通过式(5)计算目标方向角俯仰角θ；
③当SNR5<B时，说明立体阵元S5提取的脉冲声信号质量不好，计算时将其排除，采用式(4)计算目标俯仰角θ，采用式(6)计算目标方向角结果输出时标明俯仰角准确的较低只作为参考；
④当SNR5<B、SNRi<B,时，计算时将这两个通道排除，采用式(4)计算目标俯仰角θ，采用式(7)计算目标方向角在实际实现时可以首先根据式(4)至式(7)计算出脉冲声到达角集合，然后根据优化策略输出最优结果。
所述定向去模糊包括解模糊方法和阵列修正方法，采用定向去模糊的优化策略，解模糊方法包括以下步骤：
①使用反正切三角函数计算方向角并判断其正负，若结果为正，继续判断第一传声器S1和第三传声器S3之间的时延差是否为正，若反正切三角函数值的结果为负，则继续判断第二传声器S2和第四传声器S4之间的时延差是否为正；
②通过判断第一、第三传声器S1、S3和/或第二、第四传声器S2、S4的时延差的正负，得到输出目标的方向角所处象限；具体的，若S1与S3之间的时延差为正，则方向角若S1与S3之间的时延差为负 若S2与S4之间的时延差为正，则方向角若S2与S4之间的时延差为负，则方向角
③通过阵列修正方法确定输出目标的方向角所处象限。具体的，阵列指向修正角Δ＝Δ-π/4，修正后的方向角将方向角折算到(0，2π)。
在定向时采用反三角函数进行计算，三角函数具有周期循环的性质，一个三角函数值对应多个角度，存在反三角函数计算时存在求解模糊，所以在脉冲声定向时必须对定向结果去模糊，算法流程如图3所示。以采用反正切三角函数求解方向角为例，首先判断反正切三角函数值的正负，进一步判断传声器阵元S1和S3、S2和S4之间时延差的正负，得出目标所处的象限并对反正切三角函数值进行修正，输出目标相对于传声器阵列的方向角和俯仰角。
在实际应用时往往需要的是目标相对于正北的方向角，阵列坐标系参考方向为x轴指向，在摆放传声器阵列时一般不会将阵列坐标系的x轴与正北对齐，单可以利用差分GPS测量出x轴与正北的夹角，利用此夹角对定向结果再一次进行修正，最终得到目标相对于正北方向的方向角。在本发明中为测量方便实际测量的是传声器阵元S3至S1的连线与正北的夹角Δ，利用此夹角对定向结果进行修正。
如图5所示，一种脉冲声目标的定向装置，包括：
数据采集模块1，其包括五个传声器，五个传声器构成正四面椎体并构成五元立体传声器阵列；
降噪检测模块2，其对声信号采集模块采集到的5通道的信号分别进行降噪处理，并进行时频域联合检测；
零相位滤波模块3，其采用零相位低通滤波器对各通道信号分别进行零相位滤波处理，实现脉冲声信号的精确完整截取，且可对截取出的5通道脉冲声信号进行波形对齐处理；
时延处理模块4，其通过插值算法对提取的脉冲声信号进行插值，计算出时延差并判断时延差是否正确；
气象修正模块5，其根据温度、风速和风向对时延差结果进行气象修正；
优化输出模块6，其可根据5个通道两两时延差计算出目标声源在坐标系上的方向角和俯仰角，计算出各通道脉冲声信号信噪比，对各通道信噪比进行排序，并与设定的信噪比门限进行比较，判断各通道信号质量的优劣，通过定向去模糊模块得出目标所处的象限并输出目标相对于五元立体传声器阵列的方向角和俯仰角。
进一步的，所述正四面椎体的底面是边长为2米的正方形，正四面椎体的高为2米。所述零相位低通滤波器的截止频率为80Hz。所述定向去模糊模块包括解模糊模块和阵列修正模块，解模糊模块可得出输出目标的方向角所处象限，所述阵列修正模块可对解模糊得到的数据进行修正。
本发明实施例所述的脉冲声目标的定向装置，具体采用如上所述的脉冲声目标的定向方法进行脉冲声目标的定向优化处理，具体处理过程及方法参见如上关于脉冲声目标的定向方法的技术方案，此处不再进行详细说明。
本实施例的脉冲声目标的定向方法和装置采用一种五元立体传声器阵列，通过对各通道的信号进行零相位滤波预处理后，再对各通道信号进行脉冲声信号的检测和提取，然后采用基于插值相关法的高精度时延估计法计算各通道间的时延差，根据优化策略解算出脉冲声目标的方位角和俯仰角，通过去模糊得到精确的目标方向；能够提高在山坡地等不平地面的定向精度，能够进行立体定向；在阵列尺寸缩小的条件下，仍能保证声探测系统定向精度的要求，甚至是传声器阵列中某一传声器出现了故障时，采取优化策略仍能使定向精度达到系统的要求；此外，在满足系统定向精度要求的条件下，大大提高了系统的灵活性和鲁棒性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种脉冲声目标的定向方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)提供五个传声器构成正四面锥体的五元立体传声器阵列，通过五元立体传声器阵列采集声信号并存储；
b)对采集到的5通道的信号分别进行降噪处理，然后再进行时频域联合检测，判断信号是否是真正的目标脉冲声信号，若结果为是，则继续执行下述步骤，若结果为否，则返回步骤a；
c)采用零相位低通滤波器对各通道信号分别进行零相位滤波处理，实现脉冲声信号的精确完整截取，然后将截取出的5通道脉冲声信号进行波形对齐处理；
d)采用插值算法对提取的脉冲声信号进行插值，计算出时延差并判断时延差是否正确，若判断结果为是，则继续执行下述步骤，若判断结果为否，则结束；
e)根据温度、风速和风向对时延差结果进行气象修正；
f)采用5个通道两两时延差计算出目标声源在坐标系上的方向角和俯仰角，计算出各通道脉冲声信号信噪比，对各通道信噪比进行排序，并与设定的信噪比门限进行比较，判断各通道信号质量的优劣，经过定向去模糊后得出目标所处的象限并输出目标相对于五元立体传声器阵列的方向角和俯仰角；
所述步骤d中插值采用如下算法：
①设提取到的脉冲波长度为L1个点，插值后脉冲波长度为L2个点，L2>L1，脉冲波时域序列为X1；
②对脉冲波时域序列X1做傅里叶变换，变换长度为L1，变换后得到频域序列XF1；
③计算频域序列的最高频率位置：nf＝(L1+1)/2；
④在频域序列XF1的nf位置后插入L2-L1个0，其它值保持不变，得到频域序列XF2，长度为L2；⑤对序列XF2做逆傅里叶变换，得到时域序列X2；
⑥最终插值后的脉冲波时域序列为：X3＝X2×(L2/L1)。
2.如权利要求1所述的脉冲声目标的定向方法，其特征在于：在步骤b中，进行时频域联合检测时，先通过检测信号的时域峰值能量、时域平均能量、时域脉冲形状来发现并初步截取完整时域脉冲声信号；然后计算该脉冲声信号的功率谱，并得出相应的频域谱峰位置、频域能量分布，再判断该信号是否是真正的目标脉冲声信号。
3.如权利要求2所述的脉冲声目标的定向方法，其特征在于：在进行步骤d时，两路信号的时延差通过以下算法得出：
①设待计算的两路信号分别为：
式中，s(t)是声源，a1、a2是传播衰减系数，n1、n2是环境噪声，d是待估计的时延，x1(t),x2(t)为t时刻待计算两路信号，S1(t)，s2(t)为t时刻待计算两路信号的声源，n1(t),n2(t)为t时刻两路信号中的环境噪声；
②根据公式：
式中E是期望算子，使上式最大的变量f就是要估计的时延，f是时延估计值； 是待计算的两路信号的互相关函数；
③采用广义互相关法，对于离散数字信号进行处理，广义互相关输出为离散数字序列，时延由两部分组成，整数时延P和小数时延W，根据公式计算出W：
表示互相关函数的估计。
4.如权利要求3所述的脉冲声目标的定向方法，其特征在于：在步骤f中，所述定向去模糊包括解模糊方法和阵列修正方法，解模糊方法包括以下步骤：
①使用反正切三角函数计算方向角并判断其正负，若结果为正，继续判断第一传声器和第三传声器的时延差是否为正，若反正切三角函数值的结果为负，则继续判断第二传声器和第四传声器的时延差是否为正；
②通过判断第一、第三传声器和/或第二、第四传声器的时延差的正负，得到输出目标的方向角所处象限；
③通过阵列修正方法确定输出目标的方向角所处象限。
5.如权利要求4所述的脉冲声目标的定向方法，其特征在于：在步骤c中，所述零相位低通滤波器的截止频率为80Hz。
6.一种脉冲声目标的定向装置，包括：
数据采集模块，其包括五个传声器，五个传声器构成正四面锥体并构成五元立体传声器阵列；
降噪检测模块，其对数据采集模块采集到的5通道的信号分别进行降噪处理，并进行时频域联合检测；
零相位滤波模块，其采用零相位低通滤波器对各通道信号分别进行零相位滤波处理，实现脉冲声信号的精确完整截取，且可对截取出的5通道脉冲声信号进行波形对齐处理；
时延处理模块，其通过插值算法对提取的脉冲声信号进行插值，计算出时 延差并判断时延差是否正确；
气象修正模块，其根据温度、风速和风向对时延差结果进行气象修正；
优化输出模块，其可根据5个通道两两时延差计算出目标声源在坐标系上的方向角和俯仰角，计算出各通道脉冲声信号信噪比，对各通道信噪比进行排序，并与设定的信噪比门限进行比较，判断各通道信号质量的优劣，通过定向去模糊模块得出目标所处的象限并输出目标相对于五元立体传声器阵列的方向角和俯仰角；
所述时延处理模块进行插值采用如下算法：
①设提取到的脉冲波长度为L1个点，插值后脉冲波长度为L2个点，L2>L1，脉冲波时域序列为X1；
②对脉冲波时域序列X1做傅里叶变换，变换长度为L1，变换后得到频域序列XF1；
③计算频域序列的最高频率位置：nf＝(L1+1)/2；
④在频域序列XF1的nf位置后插入L2-L1个0，其它值保持不变，得到频域序列XF2，长度为L2；⑤对序列XF2做逆傅里叶变换，得到时域序列X2；
⑥最终插值后的脉冲波时域序列为：X3＝X2×(L2/L1)。
7.如权利要求6所述的脉冲声目标的定向装置，其特征在于：所述正四面锥体的底面是边长为2米的正方形，正四面锥体的高为2米。
8.如权利要求7所述的脉冲声目标的定向装置，其特征在于：所述零相位低通滤波器的截止频率为80Hz。
9.如权利要求8所述的脉冲声目标的定向装置，其特征在于：所述定向去模糊模块包括解模糊模块和阵列修正模块，解模糊模块可得出输出目标的方向角所处象限，所述阵列修正模块可对解模糊得到的数据进行修正。
CN201610034504.4A 2016-01-19 2016-01-19 一种脉冲声目标的定向方法及装置 Active CN105676169B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610034504.4A CN105676169B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 一种脉冲声目标的定向方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610034504.4A CN105676169B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 一种脉冲声目标的定向方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105676169A CN105676169A (zh) 2016-06-15
CN105676169B true CN105676169B (zh) 2018-01-05

Family

ID=56301549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610034504.4A Active CN105676169B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 一种脉冲声目标的定向方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105676169B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018016044A1 (ja) * 2016-07-21 2018-01-25 三菱電機株式会社 雑音除去装置、エコーキャンセリング装置、異音検出装置および雑音除去方法
CN108120598B (zh) * 2017-12-19 2019-09-13 胡文扬 二次相位耦合与改进双谱算法的轴承早期故障检测方法
CN112034418A (zh) * 2020-09-15 2020-12-04 北京中电慧声科技有限公司 基于频域Bark子带的波束扫描方法及声源定向装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6198693B1 (en) * 1998-04-13 2001-03-06 Andrea Electronics Corporation System and method for finding the direction of a wave source using an array of sensors
CN101396277A (zh) * 2007-09-26 2009-04-01 中国科学院声学研究所 一种超声波人脸识别方法和识别装置
CN101556328B (zh) * 2009-05-08 2012-06-20 西安电子科技大学 基于杂波协方差矩阵的机载雷达空时二维滤波器构建方法
CN102279354B (zh) * 2011-07-01 2013-07-31 西安交通大学 用于变压器局部放电定位的十字形超声阵列传感器及方法
CN105182326B (zh) * 2015-10-13 2018-03-27 四川星网云联科技有限公司 一种利用方位信息的目标跟踪快速方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105676169A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104898091B (zh) 基于迭代优化算法的麦克风阵列自校准声源定位系统
CN107461611B (zh) 基于小波和emd重构相结合的泄漏检测方法及泄漏检测装置
CN106842128B (zh) 运动目标的声学跟踪方法及装置
CN105335336B (zh) 一种传感器阵列的稳健自适应波束形成方法
CN106019215B (zh) 基于四阶累量的嵌套阵列波达方向角估计方法
CN105676169B (zh) 一种脉冲声目标的定向方法及装置
CN106226739A (zh) 融合子带分析的双声源定位方法
CN103792513B (zh) 一种雷声定位系统及方法
CN104035065A (zh) 基于主动旋转的声源定向装置及其应用方法
CN104360315A (zh) 基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法及装置
CN102298097B (zh) 一种估计云闪雷电脉冲信号到达时间差的方法
CN111024209B (zh) 一种适用于矢量水听器的线谱检测方法
CN108957403B (zh) 一种基于广义互相关的高斯拟合包络时延估计方法及系统
CN107167770B (zh) 一种混响条件下的麦克风阵列声源定位装置
CN109188362B (zh) 一种麦克风阵列声源定位信号处理方法
CN110007299B (zh) 一种基于混合坐标伪谱技术的微弱目标检测跟踪方法
CN111044975A (zh) 一种地震动信号定位方法和系统
CN108761387B (zh) 一种固定辐射源的双站时差频差联合定位方法
CN107085216A (zh) 一种基于单水听器的深海水声被动测距测深方法
CN102833016B (zh) 一种在多径环境下针对同源信号时差的测定方法
CN106501800A (zh) 基于代价参考粒子滤波的mimo雷达目标检测前跟踪方法
CN107561511A (zh) 一种基于副瓣对消的干扰抑制方法
CN105353340B (zh) 一种双层圆柱阵水下被动目标检测方法
CN108037410A (zh) 一种基于可控响应功率的局部放电超声波定位方法与装置
CN109597021A (zh) 一种波达方向估计方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Huang Rong

Inventor after: Wang Zhifeng

Inventor after: Li Zhiyu

Inventor after: Li Chengying

Inventor after: Jiang Li

Inventor after: Yang Bo

Inventor after: Jiang Hao

Inventor before: Huang Rong

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant