CN113726367B - 信号检测方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种信号检测方法、装置及电子设备，该方法包括：接收水下原始信号；对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率；基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带。本申请实施例的目的在于提供一种信号检测方法、装置及电子设备，以提高对多个应答器发出的应答信号检测精度。

Description

信号检测方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及水声通信技术领域，尤其是涉及一种信号检测方法、装置及电子设备。
背景技术
海洋技术的快速发展，为海洋石油勘探提供了强力的技术支持和保障。大规模、大范围的石油、地质勘探，采用分布式测量方法，在海洋底部布放海量的地震采集节点，并且需要精确定位其位置，水下多址信号的检测成为迫切的需求。
在石油地质勘探的特殊应用领域，水下声学应答器为了满足长时间布放的需求，尽可能降低发射信号的能量，短脉冲信号成为定位系统的首选，水声信道带宽受限，宽带信号不能充分发挥其优势，所以窄带短脉冲信号是最佳的选择。
然而，由于船载信号检测装置安装在测量船上，船舶的航行噪声是影响信号检测能力的关键影响因素。在时变衰落的水声信道中，在海洋环境噪声的强干扰下和船舶航行噪声干扰下，使现有技术不能准确检测和识别多个应答器发出的应答信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信号检测方法、装置及电子设备，以提高对应答器发出的应答信号检测精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种信号检测方法，其中，应用于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号；该方法包括：接收水下原始信号；对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率；基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率的步骤，包括：根据该信号带能量、该信号带能量变化率计算该信号带中该应答信号存在的第一概率；根据该噪声带能量、该噪声带能量变化率计算该噪声带中应答信号存在的第二概率；根据该第一概率和第二概率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该根据该信号带能量、该信号带能量变化率计算该信号带中该应答信号存在的第一概率，通过下述关系式进行计算：p1i＝α1×En,i+β1×K1+γ1×max(En)，α1+β1+γ1＝1其中，α1,β1为加权平滑系数，En,i为信号带i在时刻n的能量，K1表示信号带i在时刻n的能量变化率，En＝{En,1,En,2,...,En,L}表示该信号带1-L的该信号带能量的集合。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据该噪声带能量、该噪声带能量变化率计算该噪声带中应答信号存在的第二概率，通过下述关系式进行计算：p2i＝α2×Nn,i+β2×K2，α2+β2＝1其中，K2为噪声带i在时刻n的能量变化率，Nn,i表示噪声带i在时刻n的能量。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据该第一概率和第二概率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率通过下述关系式进行计算：pi＝k1×p1i+k2×p2i-1+k3p2i+k4p2i+1+k5×max(P2)，其中，p1i表示该信号带i中该应答信号存在的第一概率，p2i-1,p2i,p2i+1表示该噪声带i中应答信号存在的第二概率，k1,k2,k3,k4,k5表示加权平滑系数，该k1,k2,k3,k4,k5满足k1+k2+k3+k4+k5＝1，max(P2)表示该噪声带中应答信号存在的第二概率的最大值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带的步骤，包括：判断该信号带对应的该存在概率，如果该存在概率大于预设的概率阈值，对该信号带中应答信号的脉冲宽度进行累加，得到累加脉宽；如果该累加脉宽大于预设的脉宽阈值，确定该信号带为目标信号带。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该脉宽阈值通过下述关系式确定：Tht＝kchannel×(1-palarm)×T，其中，kchannel表示该目标海域的水声信道的衰落因子，palarm表示该水上可移动设备的预设虚警概率，T表示该应答信号的脉冲宽度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带的步骤，包括：将该水下原始信号进行量化处理，得到第一中间信号；对该第一中间信号进行加窗平滑滤波，得到第二中间信号；基于该应答信号的预设信号频率划分该第二中间信号的频谱，得到多个信号带和多个噪声带。
第二方面，本发明实施例提供了一种信号检测装置，其中，布设于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号；该装置包括：信号获取模块，用于获取接收水下原始信号；信号处理模块，用于对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；能量提取模块，用于提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；信号计算模块，用于根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率；信号确定模块，用于基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，其中，该电子设备包括处理器和存储器，该存储器存储有能够被该处理器执行的计算机可执行指令，该处理器执行计算机可执行指令以实现第一方面至第一方面的第七种可能的实施方式任一项的信号检测方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的信号检测方法、装置及电子设备，应用于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号；该方法包括：接收水下原始信号；对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率；基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。本申请实施例的目的在于提供一种信号检测方法、装置及电子设备，以提高对多个应答器发出的应答信号检测精度。
本实施例公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种信号检测方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种信号检测方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种三节航速时水中原始信号示意图；
图4为本发明实施例提供的一种六节航速时水中原始信号示意图；
图5为本发明实施例提供的一种信号检测结果示意图；
图6为本发明实施例提供的一种在三节航速下信号测距定位效果示意图；
图7为本发明实施例提供的一种在六节航速下信号测距定位效果示意图；
图8为本发明实施例提供的一种信号检测装置示意图；
图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
图标：801-信号获取模块；802-信号处理模块；803-能量提取模块；804-信号计算模块；805-信号确定模块；91-存储器；92-处理器；93-总线；94-通信接口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于船载信号检测装置安装在测量船上，船舶的航行噪声是影响信号检测能力的关键影响因素。在时变衰落的水声信道中，在海洋环境噪声的强干扰下和船舶航行噪声干扰下，使现有技术不能准确检测和识别多个应答器发出的应答信号。
基于此，本发明实施例提供了一种信号检测方法、装置及电子设备，以提高对多个应答器发出的应答信号检测精度。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种数字权益证明的生成方法进行详细介绍。
实施例1
图1为本发明实施例提供的一种信号检测方法流程示意图，该方法应用于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号；由图1所见，该方法包括以下步骤：
步骤S101：接收水下原始信号。
在本实施例中，通过在该水上可移动设备上布设信号检测装置，通过该信号检测装置接收水下原始信号。其中，该水下原始信号为音频信号。
步骤S102：对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠。
在本实施例中，通过下述步骤对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带的包括：首先，将该水下原始信号进行量化处理，得到第一中间信号。然后，对该第一中间信号进行加窗平滑滤波，得到第二中间信号。最后，基于该应答信号的预设信号频率划分该第二中间信号的频谱，得到多个信号带和多个噪声带。
步骤S103：提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率。
在实际的操作中，将上述多个信号带和多个噪声带的音频经过快速傅里叶变换，得到该多个信号带和多个噪声带的中心频率。然后，基于该多个信号带和多个噪声带的中心频率，利用能量公式，计算多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率。最后，将该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率进行提取。
步骤S104：根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率。
在本实施例中，首先通过该信号带能量、该信号带能量变化率可以计算该信号带中应答信号存在的概率。然后，通过该噪声带能量和该噪声带能量变化率可以计算该噪声带中应答应答信号存在的概率。根据该信号带中应答信号存在的概率和该噪声带中应答信号存在的概率可以计算该信号带中携带有应答信号的存在概率。
步骤S105：基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。
在本实施例中，可以通过预先实验测定该存在概率阈值，筛选该存在概率数值大于该存在概率阈值的信号带，从而从该多个信号带中确定目标信号带。其中，由于应答器信号在接收过程中存在时滞，也可以设置信号脉宽的阈值，不但筛选该存在概率数值大于该存在概率阈值的信号带，并且每一次检测出该存在概率数值大于该存在概率阈值，则对采集的信号脉宽进行累加，直到达到该设置信号的脉宽阈值，从而从该多个信号带中确定目标信号带。
本实施例提供的信号检测方法，应用于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号；该方法包括：接收水下原始信号；对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率；基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。该方法通过该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，联合计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率，以提高了对应答器发出的应答信号检测精度。
实施例2
在图1所示的一种信号检测方法流程示意图的基础上，本实施例还提供了另一种信号检测方法。图2为本发明实施例提供的另一种信号检测方法流程示意图。该方法应用于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号；由图2所见，该方法包括以下步骤：
步骤S201：接收水下原始信号。
为了便于理解，图3为本发明实施例提供的一种三节航速时水中原始信号示意图。图4为本发明实施例提供的一种六节航速时水中原始信号示意图。由图3和图4所见，随着航速的增加，水下原始信号的密集程度增加。
步骤S202：对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠。
这里，通过下述步骤对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带的包括：首先，将该水下原始信号进行量化处理，得到第一中间信号。其中，量化处理的过程主要应用于从连续信号到数字信号的转换。然后，对该第一中间信号进行加窗平滑滤波，得到第二中间信号。其中，加窗平滑滤波的过程主要应用于对特定频率的杂波进行有效滤除，得到特定频率的信号。最后，基于该应答信号的预设信号频率划分该第二中间信号的频谱，得到多个信号带和多个噪声带。
步骤S203：提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率。
在本实施例中，首先，将上述多个信号带和多个噪声带的音频经过快速傅里叶变换，得到该多个信号带和多个噪声带的中心频率。其中，根据快速傅里叶变换的点数，确定多个信号带和多个噪声带中每个频点的间隔，该间隔表示为Δf。通过下述关系式进行计算：
Δf＝fs/M
其中，fs是每个信号带和噪声带输入的采样率，M是傅里叶变换点数。
在其中一种实施方式中，通过下述关系式计算多个信号带中每个信号带的信号带能量，该信号带能量表示为En,i：
Figure BDA0003241556630000101
其中，是fi为信号带i的中心频率,Δf为频点间的间隔，S2(k)是在n时刻，接收信号频谱中第k个点的能量。
Figure BDA0003241556630000102
表示对第i个信号带的中心频率与间隔时间的比值上取整下取整，
Figure BDA0003241556630000103
表示对第i个信号带的中心频率与间隔时间的比值上取整。
最后，通过下述关系式计算每个信号带的信号带能量的变化率，该变化率表示为K1：
K1＝En,i/En-1,i
其中，K1表示第i个信号带在时刻n的能量变化率，En,i表示第i个信号带，在时刻n的能量，En-1,i表示第i个信号带在时刻n-1时刻的能量。
在另一种实施方式中，通过下述关系式计算多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量，该噪声带能量表示为Nn,i：
Figure BDA0003241556630000111
其中，是fi为噪声带i的中心频率,Δf为频点间的间隔，fi+1为噪声带i+1的中心频率，S2 2(k)是在n时刻，接收噪声频谱中第k个点的能量。
Figure BDA0003241556630000112
表示对第i+1个噪声带的中心频率与间隔时间的比值上取整下取整，
Figure BDA0003241556630000113
表示对第i个噪声带的中心频率与间隔时间的比值上取整。
最后，通过下述关系式计算每个噪声带的噪声带能量的变化率，该噪声带能量的变化率表示为K2：
K2＝Nn,i/Nn-1,i
其中，Nn,i是噪声带i在n时刻的能量，Nn-1,i是噪声带i在n-1时刻的能量。
最后，将经过上述计算的该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率进行提取。
步骤S204：根据该信号带能量、该信号带能量变化率计算该信号带中该应答信号存在的第一概率。
在其中一种实施方式中，根据该信号带能量、该信号带能量变化率计算该信号带中该应答信号存在的第一概率，通过下述关系式进行计算：
p1i＝α1×En,i+β1×K1+γ1×max(En)
α1+β1+γ1＝1
其中，α1,β1为加权平滑系数，En,i为信号带i在时刻n的能量，K1表示信号带i在时刻n的能量变化率，En＝{En,1,En,2,...,En,L}表示该信号带1～L的该信号带能量的集合。
步骤S205：根据该噪声带能量、该噪声带能量变化率计算该噪声带中应答信号存在的第二概率。
在其中一种实施方式中，根据该噪声带能量、该噪声带能量变化率计算该噪声带中应答信号存在的第二概率，通过下述关系式进行计算：
p2i＝α2×Nn,i+β2×K2
α2+β2＝1
其中，K2为噪声带i在时刻n的能量变化率，Nn,i表示噪声带i在时刻n的能量。
步骤S206：根据该第一概率和第二概率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率。
在其中一种实施方式中，该根据该第一概率和第二概率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率通过下述关系式进行计算：
pi＝k1×p1i+k2×p2i-1+k3p2i+k4p2i+1+k5×max(P2)
k1+k2+k3+k4+k5＝1
其中，p1i表示该信号带i中该应答信号存在的第一概率，p2i-1表示该噪声带i-1中应答信号存在的第二概率，p2i表示该噪声带i中应答信号存在的第二概率，p2i+1表示该噪声带i+1中应答信号存在的第二概率，k1,k2,k3,k4,k5表示加权平滑系数，max(P2)表示该噪声带中应答信号存在的第二概率的最大值。
步骤S207：基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。
在本实施例中，通过对该多个信号带中的每个信号带进行如下操作，以确定目标信号带：
首先，判断该信号带对应的该存在概率，如果该存在概率大于预设的概率阈值，对该信号带中应答信号的脉冲宽度进行累加，得到累加脉宽。其中，累加操作的具体方式为每次判断出该存在概率大于预设的概率阈值，将该信号带中应答信号的脉冲宽度数值进行加1操作。如果该存在概率小于预设的概率阈值，则对该信号带中应答信号的脉冲宽度直接清零，然后重复步骤S201至S207直到从该多个信号带中确定目标信号带。如果该累加脉宽大于预设的脉宽阈值，确定该信号带为目标信号带。
这里，该脉宽阈值通过下述关系式确定：
Tht＝kchannel×(1-palarm)×T
其中，kchannel表示该目标海域的水声信道的衰落因子，palarm表示该水上可移动设备的预设虚警概率，T表示该应答信号的脉冲宽度。
在实际的操作中，如果经过上述方法并没有确定出目标信号带，则重复步骤S201～S207直到确定出目标信号带。
为了便于理解，图5为本发明实施例提供的一种信号检测结果示意图。由图5所见，横坐标1～4表示接收到的水下原始信号，横坐标5～10表示经过上述步骤S201～S207确定出目标信号带结果。
图6为本发明实施例提供的一种在三节航速下信号测距定位效果示意图。由图6所见，外圈为船的行驶路径，中心为应答器布设的位置，本发明实施例的方法可以准确的实现目标定位效果。
图7为本发明实施例提供的一种在六节航速下信号测距定位效果示意图。由图7所见，外圈为船的行驶路径，中心为应答器布设的位置，本发明实施例的方法在较高航速下仍可以准确的实现目标定位效果。
本实施例提供的信号检测方法，应用于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号；该方法包括：接收水下原始信号；对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；根据该信号带能量、该信号带能量变化率计算该信号带中该应答信号存在的第一概率；根据该噪声带能量、该噪声带能量变化率计算该噪声带中应答信号存在的第二概率；根据该第一概率和第二概率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率。基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。该方法通过计算该信号带中该应答信号存在的第一概率和该噪声带中应答信号存在的第二概率，进而计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率，进一步提高了对应答器发出的应答信号检测精度。
实施例3
本发明实施例还提供了一种信号检测装置，布设于水上可移动设备，该水上可移动设备上设置有声信号发射器，该声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，该目标海域上布设有多个应答设备，每个该应答设备在接收到该指定声信号后发射对应的应答信号。如图8所示，为本发明实施例提供的一种检测装置示意图，该装置包括：
信号获取模块801，用于获取接收水下原始信号。
信号处理模块802，用于对该水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，该信号带和该噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；
能量提取模块803，用于提取该多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及该多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率。
信号计算模块804，用于根据该信号带能量、该信号带能量变化率、该噪声带能量和该噪声带能量变化率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率；
信号确定模块805，用于基于每个该信号带对应的该存在概率，从该多个信号带中确定目标信号带；其中，该目标信号带为携带有该应答设备的应答信号的信号带。
上述信号获取模块801、信号处理模块802、能量提取模块803、信号计算模块804以及信号确定模块805依次相连。
在其中一种可能的实施方式中，该信号计算模块804还用于根据该信号带能量、该信号带能量变化率计算该信号带中该应答信号存在的第一概率；根据该噪声带能量、该噪声带能量变化率计算该噪声带中应答信号存在的第二概率；根据该第一概率和第二概率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率。
在其中一种可能的实施方式中，该信号计算模块804还用于通过下述关系式，根据该信号带能量、该信号带能量变化率计算该信号带中该应答信号存在的第一概率：p1i＝α1×En,i+β1×K1+γ1×max(En)，α1+β1+γ1＝1，其中，α1,β1为加权平滑系数，En,i为信号带i在时刻n的能量，K1表示信号带i在时刻n的能量变化率，En＝{En,1,En,2,...,En,L}表示该信号带1～L的该信号带能量的集合。
在其中一种可能的实施方式中，该信号计算模块804还用于通过下述关系式，根据该噪声带能量、该噪声带能量变化率计算该噪声带中该噪声信号存在的第二概率：p2i＝α2×Nn,i+β2×K2，α2+β2＝1，其中，K2为噪声带i在时刻n的能量变化率，Nn,i表示噪声带i在时刻n的能量。
在其中一种可能的实施方式中，该信号计算模块804还用于通过下述关系式进行计算，根据该第一概率和第二概率，计算该信号带中携带有该应答信号的存在概率：
pi＝k1×p1i+k2×p2i-1+k3p2i+k4p2i+1+k5×max(P2)，k1+k2+k3+k4+k5＝1，其中，p1i表示该信号带i中该应答信号存在的第一概率，p2i-1,p2i,p2i+1表示该噪声带i中应答信号存在的第二概率，k1,k2,k3,k4,k5表示加权平滑系数，max(P2)表示该噪声带中应答信号存在的第二概率的最大值。
在其中一种可能的实施方式中，信号确定模块805还用于对该多个信号带中的每个信号带进行如下操作，以确定目标信号带：判断该信号带对应的该存在概率，如果该存在概率大于预设的概率阈值，对该信号带中应答信号的脉冲宽度进行累加，得到累加脉宽；如果该累加脉宽大于预设的脉宽阈值，确定该信号带为目标信号带。
在其中一种可能的实施方式中，信号确定模块805还用于通过下述关系式确定预设的脉宽阈值：Tht＝kchannel×(1-palarm)×T，其中，kchannel表示该目标海域的水声信道的衰落因子，palarm表示该水上可移动设备的预设虚警概率，T表示该应答信号的脉冲宽度。
在其中一种可能的实施方式中，信号处理模块802还用于将该水下原始信号进行量化处理，得到第一中间信号；对该第一中间信号进行加窗平滑滤波，得到第二中间信号；基于该应答信号的预设信号频率划分该第二中间信号的频谱，得到多个信号带和多个噪声带。
本发明实施例提供的信号检测装置，与上述实施例提供的信号检测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
实施例4
本实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，该存储器存储有能够被该处理器执行的计算机可执行指令，该处理器执行该计算机可执行指令以实现信号检测方法的步骤。
参见图9所示的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括：存储器91、处理器92，存储器中存储有可在处理器92上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述信号检测方法提供的步骤。
如图9所示，该设备还包括：总线93和通信接口94，处理器92、通信接口94和存储器91通过总线93连接；处理器92用于执行存储器91中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器91可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口94(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线93可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器91用于存储程序，处理器92在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明任一实施例揭示信号检测方法装置所执行的方法可以应用于处理器92中，或者由处理器92实现。处理器92可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器92中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器92可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器91，处理器92读取存储器91中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
进一步地，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器92调用和执行时，机器可执行指令促使处理器92实现上述信号检测方法。
本发明实施例提供的信号检测方法和信号检测装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

Claims (9)

1.一种信号检测方法，其特征在于，应用于水上可移动设备，所述水上可移动设备上设置有声信号发射器，所述声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，所述目标海域上布设有多个应答设备，每个所述应答设备在接收到所述指定声信号后发射对应的应答信号；所述方法包括：
接收水下原始信号；
对所述水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，所述信号带和所述噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；
提取所述多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及所述多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；
根据所述信号带能量、所述信号带能量变化率计算所述信号带中所述应答信号存在的第一概率；根据所述噪声带能量、所述噪声带能量变化率计算所述噪声带中应答信号存在的第二概率；根据所述第一概率和第二概率，计算所述信号带中携带有所述应答信号的存在概率；
基于每个所述信号带对应的所述存在概率，从所述多个信号带中确定目标信号带；其中，所述目标信号带为携带有所述应答设备的应答信号的信号带。
2.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述根据所述信号带能量、所述信号带能量变化率计算所述信号带中所述应答信号存在的第一概率，通过下述关系式进行计算：
p1i＝α1×En,i+β1×K1+γ1×max(En)
α1+β1+γ1＝1
其中，α1,β1，γ1为加权平滑系数，En,i为信号带i在时刻n的能量，K1表示信号带i在时刻n的能量变化率，En＝{En,1,En,2,...,En,L}表示所述信号带1～L的所述信号带能量的集合。
3.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述根据所述噪声带能量、所述噪声带能量变化率计算所述噪声带中应答信号存在的第二概率，通过下述关系式进行计算：
p2i＝α2×Nn,i+β2×K2
α2+β2＝1
其中，K2为噪声带i在时刻n的能量变化率，Nn,i表示噪声带i在时刻n的能量。
4.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述根据所述第一概率和第二概率，计算所述信号带中携带有所述应答信号的存在概率通过下述关系式进行计算：
pi＝k1×p1i+k2×p2i-1+k3p2i+k4p2i+1+k5×max(P2)
k1+k2+k3+k4+k5＝1
其中，p1i表示所述信号带i中所述应答信号存在的第一概率，p2i-1表示所述噪声带i-1中应答信号存在的第二概率，p2i表示所述噪声带i中应答信号存在的第二概率，p2i+1表示所述噪声带i+1中应答信号存在的第二概率，k1,k2,k3,k4,k5表示加权平滑系数，max(P2)表示所述噪声带中应答信号存在的第二概率的最大值。
5.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述基于每个所述信号带对应的所述存在概率，从所述多个信号带中确定目标信号带的步骤，包括：
判断该信号带对应的所述存在概率，如果所述存在概率大于预设的概率阈值，对该信号带中应答信号的脉冲宽度进行累加，得到累加脉宽；
如果所述累加脉宽大于预设的脉宽阈值，确定该信号带为目标信号带。
6.根据权利要求5所述的信号检测方法，其特征在于，所述脉宽阈值通过下述关系式确定：
Tht＝kchannel×(1-palarm)×T
其中，kchannel表示所述目标海域的水声信道的衰落因子，palarm表示所述水上可移动设备的预设虚警概率，T表示所述应答信号的脉冲宽度。
7.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述对所述水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带的步骤，包括：
将所述水下原始信号进行量化处理，得到第一中间信号；
对所述第一中间信号进行加窗平滑滤波，得到第二中间信号；
基于所述应答信号的预设信号频率划分所述第二中间信号的频谱，得到多个信号带和多个噪声带。
8.一种信号检测装置，其特征在于，布设于水上可移动设备，所述水上可移动设备上设置有声信号发射器，所述声信号发射器用于向目标海域发射指定声信号，所述目标海域上布设有多个应答设备，每个所述应答设备在接收到所述指定声信号后发射对应的应答信号；所述装置包括：
信号获取模块，用于获取接收水下原始信号；
信号处理模块，用于对所述水下原始信号进行预处理，得到多个信号带和多个噪声带；其中，所述信号带和所述噪声带彼此交叉分布且相互不重叠；
能量提取模块，用于提取所述多个信号带中每个信号带的信号带能量与信号带能量变化率，以及所述多个噪声带中每个噪声带的噪声带能量和噪声带能量变化率；
信号计算模块，用于根据所述信号带能量、所述信号带能量变化率计算所述信号带中所述应答信号存在的第一概率；根据所述噪声带能量、所述噪声带能量变化率计算所述噪声带中应答信号存在的第二概率；根据所述第一概率和第二概率，计算所述信号带中携带有所述应答信号的存在概率；
信号确定模块，用于基于每个所述信号带对应的所述存在概率，从所述多个信号带中确定目标信号带；其中，所述目标信号带为携带有所述应答设备的应答信号的信号带。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至7任一项所述的信号检测方法。
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