CN114034940A - 一种线谱信号的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线谱信号的检测方法。检测方式包括如下步骤：S1对固定时长时间窗t₀内的采集得到的低频信号x(t)进行FFT计算，得到其信号的频谱X_fft并去除直流分量，得到X_FFT；S2对X_FFT进行能量归一化以提高动态观测范围；S3计算X_FFT ^norm的检测门限值，为自适应浮动门限与固定门限相结合；S4比较X_FFT ^norm与X_threshold的大小，判断疑似线谱频点；S5对T＝[T₀,T₁,L,T_N]进行时间积分，若在某时间窗M内疑似线谱频点出现的最大频次Q大于某一设定值R，则判断为疑似目标出现，若连续若干秒时间t₁内均出现疑似目标，则判断目标信号出现。它可以实现自适应滤波器的特性变化，准确地确定信号的检测门限。

Description

一种线谱信号的检测方法

技术领域

本发明涉及一种线谱信号的检测方法。

背景技术

舰船电场已成为显著的舰船特征信号，可用于舰船探测、跟踪、定位和打击。俄、美、英、加等国家已在舰船电场研究中取得了相当成就，而国内研究与之差距很大。掌握电场分布的真实特性是电场研究的基础，这对电场测量提出了迫切需求，电场具有明显的频谱特征。

从连续或者离散的输入数据中滤除掉噪声和干扰，提取出其中有用信息的过程称为滤波，实现这个过程的相应装置称为滤波器。一个滤波器可以看作一个系统，这个系统的目的就是从富含噪声的数据中提取有用信号，即期望信号。自适应滤波器的思想就是通过前一时刻的滤波结果自动调整下一时刻的滤波器参数，以适应信号和噪声未知或随时间变化的统记特性，从而实现最优滤波。但由于舰船低频物理场信号的强度随目标和距离的影响较大，在采用能量检测法对低频信号检测时，难以确定信号的检测门限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服难以确定信号的检测门限的问题，因为舰船低频物理场信号的强度随目标和距离的影响较大，在采用能量检测法对低频信号检测时，难以确定信号的检测门限，为解决上述技术问题，本线谱信号的检测方法，其特征是：包括以下步骤，

S1-对固定时长如20s左右的时间窗t₀内的采集得到的低频信号x(t)进行FFT计算，得到其信号的频谱X_fft并去除直流分量，得到X_FFT为

X_FFT＝[X₀，X₁，L，X_N] 式1)

式1)中，N为频点数，X_i对应的频率为F_i；

S2-对X_FFT进行能量归一化以提高动态观测范围，舰船由远及近航行时探测节点时，其能量差别可达数十至上百倍，而在20s左右的观测时间内其能量变化不大，得到：

S3-计算X_FFT ^norm的检测门限值，为自适应浮动门限与固定门限相结合，其值为：

式中，Median(.)为中值滤波运算符(主要根据海洋环境噪声频谱计算自适应浮动门限，中值滤波器的长度L＝3、5、...2n-1)，Δ＝[Δ₀，Δ₁，L，Δ_N]为固定门限向量，相对于传统信号检测算法，由于检测过程中X_FFT是实时变化的，从而Xthreshold是变化的，即X_threshold为自适应门限；

S4-比较X_FFT ^norm与X_threshold的大小，判断疑似线谱频点

式中，T＝[T₀,T₁,L,T_N]，若T_i大于等于0，则有Y_i＝0；

S5-对T＝[T₀,T₁,L,T_N]进行时间积分，有

若在某时间窗M内疑似线谱频点出现的最大频次Q大于某一设定值R，则判断为疑似目标出现，若连续若干秒时间t₁内均出现疑似目标，则判断目标信号出现。

优选的，对于连续谱信号，可采用连续累计能量的方法并配合浮动门限进行检测。

本发明一种线谱信号的检测方法的有益效果是：可以实现自适应滤波器的特性变化，准确地确定信号的检测门限从而使得自适应滤波器能够调节其自身传输特性以达到最优。由于信号和噪声的特性是随着时间变化的，所以是无法预知的，所以只使用两种具有固定滤波系数的FIR和IIR滤波器无法跟踪有用信号的变化，没法实现最优滤波。而自适应滤波器不需要信号的先验知识，且计算量小，特别适用于实时处理，它的特性变化是由自适应算法通过调整滤波系数来实现的。

附图说明

下面结合附图对本发明一种线谱信号处理及检测方法作进一步说明：

图1为本发明的流程图；

图2为目标线谱信号图；

具体实施方式

如图1所示，一种线谱信号的检测方法，其特征是：包括以下步骤，

S1-对固定时长如20s左右的时间窗t₀内的采集得到的低频信号x(t)进行FFT计算，得到其信号的频谱X_fft并去除直流分量，得到X_FFT为

X_FFT＝[X₀，X₁，L，X_N] 式1)

式1)中，N为频点数，X_i对应的频率为F_i；

S2-对X_FFT进行能量归一化以提高动态观测范围，舰船由远及近航行时探测节点时，其能量差别可达数十至上百倍，而在20s左右的观测时间内其能量变化不大，得到：

S3-计算X_FFT ^norm的检测门限值，为自适应浮动门限与固定门限相结合，其值为：

式中，Median(.)为中值滤波运算符(主要根据海洋环境噪声频谱计算自适应浮动门限，中值滤波器的长度L＝3、5、...2n-1)，Δ＝[Δ₀，Δ₁，L，Δ_N]为固定门限向量，相对于传统信号检测算法，由于检测过程中X_FFT是实时变化的，从而Xthreshold是变化的，即X_threshold为自适应门限；

S4-比较X_FFT ^norm与X_threshold的大小，判断疑似线谱频点

式中，T＝[T₀，T₁，L，T_N]，若T_i大于等于0，则有Y_i＝0；

S5-对T＝[T₀，T₁，L，T_N]进行时间积分，有

若在某时间窗M内疑似线谱频点出现的最大频次Q大于某一设定值R，则判断为疑似目标出现，若连续若干秒时间t₁内均出现疑似目标，则判断目标信号出现。

优选的，对于连续谱信号，可采用连续累计能量的方法并配合浮动门限进行检测。以舰船轴频电场为例、其检测效果如图2所示，图中连续白色线条表示检测到目标线谱信号。

以上描述显示了本发明的主要特征、基本原理，以及本发明的优点。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施方式或者实施例的细节，且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此应将上述实施方式或者实施例看作示范性的，且非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而非上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种线谱信号的检测方法，其特征是：包括以下步骤，

S1-对固定时长如20s左右的时间窗t₀内的采集得到的低频信号x(t)进行FFT计算，得到其信号的频谱X_fft并去除直流分量，得到X_FFT为

X_FFT＝[X₀，X₁，L，X_N] 式1)

式1)中，N为频点数，X_i对应的频率为F_i；

S2-对X_FFT进行能量归一化以提高动态观测范围，舰船由远及近航行时探测节点时，其能量差别可达数十至上百倍，而在20s左右的观测时间内其能量变化不大，得到：

S3-计算X_FFT ^norm的检测门限值，为自适应浮动门限与固定门限相结合，其值为：

式中，Median(.)为中值滤波运算符(主要根据海洋环境噪声频谱计算自适应浮动门限，中值滤波器的长度L＝3、5、...2n-1),Δ＝[Δ₀，Δ₁，L，Δ_N]为固定门限向量，相对于传统信号检测算法，由于检测过程中X_FFT是实时变化的，从而Xthreshold是变化的，即X_threshold为自适应门限；

S4-比较X_FFT ^norm与X_threshold的大小，判断疑似线谱频点

式中，T＝[T₀,T₁,L,T_N]，若T_i大于等于0，则有Y_i＝0；

S5-对T＝[T₀,T₁,L,T_N]进行时间积分，有

若在某时间窗M内疑似线谱频点出现的最大频次Q大于某一设定值R，则判断为疑似目标出现，若连续若干秒时间t₁内均出现疑似目标，则判断目标信号出现。

2.根据权利要求1所述的一种线谱信号的检测方法，其特征是：对于连续谱信号，采用连续累计能量的方法并配合浮动门限进行检测。

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