CN109298411B - 一种全息激光信号声呐滤波方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全息激光信号声呐滤波方法，该方法通过三棱镜将激光器发射的一束入射激光分为两束激光，其中一束激光照射到声呐及其波纹水面表面进行反射，反射激光穿过光学系统；另一束入射激光的本体信号与穿过光学系统的反射激光在干涉成像装置内进行汇聚，在干涉成像装置内两束激光相干涉得到水面波相位差全息激光信号的三维全息图像；通过不断改变三维全息图像的直线方向信号，通过低频滤波过滤海浪信号，得到某一方向的声呐信号。本发明可以得到二维平面中任意方向的单一波信号，结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及水下声源探测技术领域，尤其涉及一种全息激光信号声呐滤波方法。
背景技术
一般来说，水表面的信号源比较多，从各个方向传来的声呐信号，如果采用单点信号分析所采集到的信号具有各种杂波，很难分离出任意方向上的单一信号，这就给信号源的检测以及研究带来了困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种全息激光信号声呐滤波方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种全息激光信号声呐滤波方法，该方法通过三棱镜将激光器发射的一束入射激光分为两束激光，其中一束激光照射到声呐及其波纹水面表面进行反射，反射激光穿过光学系统；另一束入射激光的本体信号与穿过光学系统的反射激光在干涉成像装置内进行汇聚，在干涉成像装置内两束激光相干涉得到水面波相位差全息激光信号的三维全息图像；通过不断改变三维全息图像的直线方向信号，通过低频滤波过滤海浪信号，得到某一方向的声呐信号。
进一步地，本发明的激光器发射的波长产生的相位差范围大于采集到的水面波信号振幅范围，采集的激光相位差覆盖需要探测信号的振幅范围。
进一步地，本发明的首先分析每三个信号是否是极值，小间距-大间距-小间距是极值，小间距-小间距-大间距是增幅信号，大间距-小间距-小间距是减幅信号，一样间距保持原来信号变化，然后对采集的激光信号相位差进行积分，获得声呐信号。
进一步地，本发明的根据需要探测的声呐信号方向
将声呐的全息图三维信息按照一定角度
旋转，f(t)变为y轴，同时，根据傅里叶变换相关性质得到：
傅里叶系数：
如果以y＝f(t)，x＝nω1t，为坐标轴，根据全息三维坐标信息，利用公式：
将n个点的Y轴方向的y值求平均值，消除干扰和相位差的误差，得到接近声波的声呐信号真实值。
进一步地，本发明的当多个方向的声呐信号z＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)+c，其中，f(k*x+m*y)是干扰信号，通过∑z＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)+c过滤掉f(k*x+m*y)得到f(x)信号；当需要采集f(k*x+m*y)时，通过将坐标轴旋转某一角度的方式来得到；沿着kx+my＝0采集波动相位，分析信号大小，将x轴方向杂波信号过滤掉，同以上滤波一样，令x＝kx+my，而，进行坐标旋转，得到：
x'＝xcos(θ)+ysin(θ)
y'＝-xsin(θ)+ycos(θ)
本发明产生的有益效果是：本发明的全息激光信号声呐滤波方法，利用激光照射水面，根据激光反射的信号与照射激光相干全息纹理，结合海浪新貌和声波的震动分析声波传播的震动三维波面，利用波传播方向将不同的声波传播方向滤波，过滤掉其他方向波信号；通过改变波方向，通过不同方向滤波算子获取不同方向的声波信号，探测声波的发生方向和震动信号，探测水下声源的声纹；该方法可以得到二维平面中任意方向的单一波信号，结构简单。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的f(k*x+m*y)函数波形图；
图3是本发明实施例的a*f(x)函数波形图；
图4是本发明实施例的z＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)+c函数波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据波信号传播具有波的叠加性，即：介质中同时存在几列波时，每列波能保持各自的传播规律而不相互干扰。在波的重叠区域里各点的振动的物理量等于各列波在该点引起的物理量的矢量和。在两列波重叠的区域里，任何一个质点同时参与两个振动，其振动位移等于这两列波引起的位移的矢量和，当两列波振动方向在同一直线上时，这两个位移的矢量和在选定正方向后可以简化为代数和。但是两列电磁波相遇发生叠加之后各自按自己的波速、波长和频率传播互不影响，所以可以对其进行分离。根据电磁波具有的以上性质，在由激光反射的信号和激光信号相干得到的全息图像中对各个方向的波进行分析，过滤掉其他方向的波信号，得到目标信号。
由激光器发射的激光经过分光镜分成两束，照射到波面的激光经反射并由成像系统处理后与另一束激光通过干涉生成三维图像。
在得到的三维图像中，对于表达式为z＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)+c的波信号，其中，如果f(k*x+m*y)为周期函数，取一系列y值，其中：
通过在y轴方向取n个点，将x轴方向传播的信号提取相位变化，可以将非x轴方向的杂波信号过滤掉。理论如下：
由于海洋中信源的信号距离比较远，可以近似为平行波，如果Y轴垂直于波的传播方向，沿着y轴方向的信号是一样的，而沿着传播方向的信号都可以转换为正弦的复合函数
将Y轴方向n个点的函数值求平均值
可以消除干扰和相位差的误差，得到比较接近声波的真实值。
根据波传播的基本性质可以得到：
但是对于不垂直传播方向的信号，如f(k*x+m*y)，所有的信号是波动的，如果采集的点越多，当n取得足够大的时候，不垂直传播方向的信号随着n取值的增大，逐渐趋近为0，因此
过滤掉f(k*x+m*y)，得到某一个方向的f(t)。
所以对于函数z＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)+c，可以得到：
z-c＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)
得到信号af(x)，从而将杂波信号过滤掉。
如果希望得到kx+my＝0法方向传播的波信号，同样我们沿着kx+my＝0采集波动相位，分析信号大小，我们可以将x轴方向杂波信号过滤掉，同以上滤波一样，令x＝kx+my，而，进行坐标旋转，得到：
x'＝xcos(θ)+ysin(θ)
y'＝-xsin(θ)+ycos(θ)
同时，根据傅里叶变换相关性质我们可以得到：
任何周期信号f(x)可以分解为：
所以我们可以知道，任意周期信号都可以用该方法得到。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种全息激光信号声呐滤波方法，其特征在于，该方法通过三棱镜将激光器发射的一束入射激光分为两束激光，其中一束激光照射到声呐及其波纹水面表面进行反射，反射激光穿过光学系统；另一束入射激光的本体信号与穿过光学系统的反射激光在干涉成像装置内进行汇聚，在干涉成像装置内两束激光相干涉得到水面波相位差全息激光信号的三维全息图像；通过不断改变三维全息图像的直线方向信号，通过低频滤波过滤海浪信号，得到某一方向的声呐信号。
2.根据权利要求1所述的全息激光信号声呐滤波方法，其特征在于，激光器发射的波长产生的相位差范围大于采集到的水面波信号振幅范围，采集的激光相位差覆盖需要探测信号的振幅范围。
3.根据权利要求2所述的全息激光信号声呐滤波方法，其特征在于，对所分析信号按采样频率进行采样，首先分析每三个采样信号是否是极值，小间距-大间距-小间距是极值，小间距-小间距-大间距是增幅信号，大间距-小间距-小间距是减幅信号，一样间距保持原来信号变化，然后对采集的激光信号相位差进行积分，获得声呐信号。
4.根据权利要求1所述的全息激光信号声呐滤波方法，其特征在于，根据需要探测的声呐信号方向
将声呐的全息图三维信息按照一定角度
旋转，f(t)变为y轴，同时，根据傅里叶变换相关性质得到：
傅里叶系数：
如果以y＝f(t)，x＝nω1t，为坐标轴，根据全息三维坐标信息，利用公式：
其中，
为Y轴方向的n个点的y值；
将n个点的Y轴方向的y值求平均值，消除干扰和相位差的误差，得到接近声波的声呐信号真实值。
5.根据权利要求4所述的全息激光信号声呐滤波方法，其特征在于，当多个方向的声呐信号z＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)+c，其中，f(k*x+m*y)是干扰信号，通过∑z＝a*f(x)+b*f(k*x+m*y)+c过滤掉f(k*x+m*y)得到f(x)信号；当需要采集f(k*x+m*y)时，通过将坐标轴旋转某一角度的方式来得到；沿着kx+my＝0采集波动相位，分析信号大小，将x轴方向杂波信号过滤掉，同以上滤波一样，以kx+my代替原有x，而，进行坐标旋转，得到：
x'＝x cos(θ)+y sin(θ)
y'＝-x sin(θ)+y cos(θ)
其中，x'、y'、z'分别为坐标旋转后的坐标轴；a,b,c分别为声呐信号函数中的常数系数；k,m分别为信号函数相关系数；θ为坐标所要旋转的角度。
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