专利摘要

基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，涉及舰船目标识别领域。本发明是为了解决舰船辐射噪声的包络谱提取不准的问题。本发明所述的本发明所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，对船辐射噪声信号进行频带的优选，利用窗函数法构造有限冲激响应滤波器，从而得到高信噪比的目标信号进行包络谱分析，获得准确的包络谱。

权利要求

1.基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用矢量水听器在同一点采集待测目标辐射的声信号，所述声信号包括一路声压信号p(n)和两路振速信号vx(n)和vy(n)，0<n<Q，Q为每路信号的样本数，所述两路振速信号的方向位于同一水平面、且相互垂直；

步骤二：对两路振速信号vx(n)和vy(n)进行方向补偿，获得补偿后指向正北方向的振速信号和补偿后指向正东方向的振速信号

步骤三：分别在声压信号p(n)和补偿后的两路振速信号和中截取一段包括N个采样点的子信号、并分别进行N点傅里叶变换，获得声压信号的频谱值P(k)、两路振速信号的频谱值Vx(k)和Vy(k)，其中，N为每秒钟的信号采样数，N<Q，

利用P(k)分别对Vx(k)和Vy(k)求解互谱值和自谱值；

步骤四：利用步骤三获得的两个互谱值的实部求解不同信号频率k的方位θ(k)；

步骤五：根据不同信号频率k的方位θ(k)对各信号频率的自谱进行直方图统计，获得同一方位上所有信号频率的能量和，将最大能量和所在方位作为估计目标方位；

步骤六：从直方图中提取估计目标方位上信号频率的自谱值，根据该自谱值对应的待测目标的信号通频带、利用窗函数法构造有限冲激响应滤波器；

步骤七：利用步骤六获得的有限冲激响应滤波器对声压信号p(n)进行滤波、并对滤波结果取绝对值，利用韦尔奇法计算取绝对值后滤波结果的功率谱，将低于50Hz的低频段线谱作为目标信号的包络谱。

2.根据权利要求1所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，利用矢量水听器采集声信号，所述矢量水听器以潜标的方式锚泊在水下约40米深的位置，矢量水听器所在海域深度为80米。

3.根据权利要求1所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤二中，根据以下公式采用罗经对两路振速信号进行补偿，获得补偿后的两路振速信号和

所述罗经与矢量水听器同步转动、且罗经的北向指向振速信号vx(n)的方向，φ(n)为罗经采集的偏转角度。

4.根据权利要求1所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤三中，根据下式获得声压信号的频谱值P(k)：

根据下式分别获得两路振速信号的频谱值Vx(k)和Vy(k)：

其中，k为每秒采集的信号数、即信号频率，0≤k≤N-1。

5.根据权利要求4所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤三中，根据下式分别求解Vx(k)和Vy(k)的互谱值和自谱值：

SPP(k)＝P(k)P(k)H公式8

其中，为p(n)与的互谱值，为p(n)与的互谱值，SPP(k)为p(n)的自谱值。

6.根据权利要求1所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤四中，利用下式获得不同信号频率k的方位θ(k)：

其中，k1<k<k2，为p(n)与的互谱值，为p(n)与的互谱值，

其中，fs为信号采样频率，fL和fH分别为工作频带的下限频率和上限频率。

7.根据权利要求1所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤五中，对各信号频率的自谱进行直方图统计的具体方法为：

利用下式将同一方位上所有信号频率所对应的自谱值进行累加获得同一方位上所有信号频率的能量和S(α)：

S(α)＝∑Pα(k) 公式12

其中，Pα(k)表示α方位上信号频率k的自谱值，满足：

Δα为角度间隔，SPP(k)为p(n)的自谱值；

所述估计目标方位的表达式如下：

8.根据权利要求7所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤六中，从直方图中提取估计目标方位上信号频率k的自谱值根据采用窗函数法设计阶数为N的有限冲激响应滤波器，该滤波器的冲激响应为h(n)。

9.根据权利要求8所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤七中，通过下式对声压信号p(n)进行滤波：

其中，pBP(n)为有限冲激响应滤波器的滤波结果，表示卷积。

10.根据权利要求9所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，其特征在于，步骤七中，获得目标信号的包络谱的具体方法为：

利用窗函数法设计上限频率为50Hz、阶数为32的低通有限冲激响应滤波器，该滤波器的冲激响应为hLP(n)，

将滤波结果pBP(n)取绝对值输入上述低通有限冲激响应滤波器中，获得输出结果y(n)：

对y(n)进行N点傅里叶变换，获得变换结果Y(k)：

根据下式获得目标信号方向的包络谱E(k)：

说明书

技术领域

本发明属于舰船目标识别领域，尤其涉及舰船包络谱的估计方法。

背景技术

包络谱特征是舰船对目标进行识别的主要依据。现有技术中，舰船包络谱特征的提取方法主要有绝对值法、平方法等。包络谱特征提取的性能主要取决于分析频带内舰船目标辐射噪声的信噪比。因此，如何对船辐射噪声信号进行频带的优选、并设计相应滤波器得到高信噪比的目标信号进行包络谱分析成为获得清晰包络谱的关键。此外，当接收到的船辐射噪声存在其他方向的船噪声干扰时，包络谱特征提取性能急剧下降或者难以与目标对应。

针对上述问题，目前常用的一种解决办法就是从空域上对舰船目标辐射噪声频带进行优选，使其从噪声和其余目标中分离出来。但是，该方法在舰船辐射噪声的包络谱提取并不准确。

发明内容

本发明是为了解决舰船辐射噪声的包络谱提取不准的问题，现提供基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法。

基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，包括以下步骤：

步骤一：利用矢量水听器在同一点采集待测目标辐射的声信号，所述声信号包括一路声压信号p(n)和两路振速信号v_x(n)和v_y(n)，0<n<Q，Q为每路信号的样本数，所述两路振速信号的方向位于同一水平面、且相互垂直；

步骤二：对两路振速信号v_x(n)和v_y(n)进行方向补偿，获得补偿后指向正北方向的振速信号 和补偿后指向正东方向的振速信号

步骤三：分别在声压信号p(n)和补偿后的两路振速信号 和 中截取一段包括N个采样点子信号、并分别进行N点傅里叶变换，获得声压信号的频谱值P(k)、两路振速信号的频谱值V_x(k)和V_y(k)，其中，N为每秒钟的信号采样数，N<Q，

利用P(k)分别对V_x(k)和V_y(k)求解互谱值和自谱值；

步骤四：利用步骤三获得的两个互谱值的实部求解不同信号频率k的方位θ(k)；

步骤五：根据不同信号频率k的方位θ(k)对各信号频率的自谱进行直方图统计，获得同一方位上所有信号频率的能量和，将最大能量和所在方位作为估计目标方位；

步骤六：从直方图中提取估计目标方位上信号频率的自谱值，根据该自谱值对应的待测目标的信号通频带、利用窗函数法构造有限冲激响应滤波器；

步骤七：利用步骤六获得的有限冲激响应滤波器对声压信号p(n)进行滤波、并对滤波结果取绝对值，利用韦尔奇法计算取绝对值后滤波结果的功率谱，将低于50Hz的低频段线谱作为目标信号的包络谱。

进一步的，步骤二中根据以下公式采用罗经对两路振速信号进行补偿，获得补偿后的两路振速信号 和

所述罗经与矢量水听器同步转动、且罗经的北向指向振速信号v_x(n)的方向，φ(n)为罗经采集的偏转角度。

进一步的，步骤三中根据下式获得声压信号的频谱值P(k)：

根据下式分别获得两路振速信号的频谱值V_x(k)和V_y(k)：

其中，k为每秒采集的信号数、即信号频率，0≤k≤N-1。

进一步的，步骤三中根据下式分别求解V_x(k)和V_y(k)的互谱值和自谱值：

S_PP(k)＝P(k)P(k)^H 公式8

其中， 为p(n)与 的互谱值， 为p(n)与 的互谱值，S_PP(k)为p(n)的自谱值。

进一步的，步骤四中利用下式获得不同信号频率k的方位θ(k)：

其中，k₁<k<k₂，

其中，f_s为信号采样频率，f_L和f_H分别为工作频带的下限频率和上限频率。

进一步的，步骤五中对各信号频率的自谱进行直方图统计的具体方法为：

利用下式将同一方位上所有信号频率所对应的自谱值进行累加获得同一方位上所有信号频率的能量和S(α)：

S(α)＝∑P_α(k) 公式12

其中，P_α(k)表示α方位上信号频率k的自谱值，满足：

Δα为角度间隔；

所述估计目标方位 的表达式如下：

进一步的，步骤六中从直方图中提取估计目标方位 上信号频率k的自谱值 根据 采用窗函数法设计阶数为N的有限冲激响应滤波器，该滤波器的冲激响应为h(n)。

进一步的，步骤七中通过下式对声压信号p(n)进行滤波：

其中，p_BP(n)为有限冲激响应滤波器的滤波结果， 表示卷积。

进一步的，步骤七中获得目标信号的包络谱的具体方法为：

利用窗函数法设计上限频率为50Hz、阶数为32的低通有限冲激响应滤波器，该滤波器的冲激响应为h_LP(n)，

将滤波结果p_BP(n)取绝对值输入上述低通有限冲激响应滤波器中，获得输出结果y(n)：

对y(n)进行N点傅里叶变换，获得变换结果Y(k)：

根据下式获得目标信号方向的包络谱E(k)：

本发明所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，对船辐射噪声信号进行频带的优选，利用窗函数法构造有限冲激响应滤波器，从而得到高信噪比的目标信号进行包络谱分析，获得准确的包络谱。

附图说明

图1为本发明所述矢量水听器包络谱估计方法的流程图；

图2为矢量水听器x轴、y轴和罗经方向的示意图；

图3为矢量水听器方位估计流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至3具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法，包括以下步骤：

步骤一：利用矢量水听器在同一点采集待测目标辐射的声信号，所述矢量水听器以潜标的方式锚泊在水下约40米深的位置，矢量水听器所在海域深度为80米；

所述声信号包括一路声压信号p(n)和两路振速信号v_x(n)和v_y(n)，0<n<Q，Q为每路信号的样本数，所述两路振速信号的方向位于同一水平面、且相互垂直。

步骤二：在矢量水听器的正下方安装罗经，所述罗经与矢量水听器同步转动、且罗经的北向指向振速信号v_x(n)的方向，

利用罗经采集的偏转角度φ(n)分别对两路振速信号v_x(n)和v_y(n)进行方向补偿，获得补偿后指向正北方向的振速信号 和补偿后指向正东方向的振速信号

步骤三：分别在声压信号p(n)和补偿后的两路振速信号 和 中截取一段包括N个采样点的子信号、并分别进行N点傅里叶变换，获得声压信号的频谱值P(k)、两路振速信号的频谱值V_x(k)和V_y(k)，N为每秒钟的信号采样数，N<Q，

其中，k为每秒采集的信号数、即信号频率，0≤k≤N-1；

利用P(k)分别对V_x(k)和V_y(k)求解互谱值和自谱值：

其中， 为p(n)与 的互谱值， 为p(n)与 的互谱值，S_PP(k)为p(n)的自谱值。

步骤四：利用步骤三获得的两个互谱值的实部求解不同信号频率k的方位θ(k)：

其中，k₁<k<k₂，

其中，f_s为信号采样频率，f_L和f_H分别为工作频带的下限频率和上限频率。

步骤五：根据不同信号频率k的方位θ(k)对各信号频率的自谱进行直方图统计：

利用下式将同一方位上所有信号频率所对应的自谱值进行累加获得同一方位上所有信号频率的能量和S(α)：

S(α)＝∑P_α(k) 公式12

其中，P_α(k)表示α方位上信号频率k的自谱值，满足：

Δα为角度间隔；

将最大能量和所在方位作为估计目标方位

步骤六：从直方图中提取估计目标方位 上信号频率k的自谱值 根据 利用窗函数法构造阶数为N的有限冲激响应滤波器，该滤波器的冲激响应为h(n)。

步骤七：利用步骤六获得的有限冲激响应滤波器对声压信号p(n)进行滤波：

其中，p_BP(n)为有限冲激响应滤波器的滤波结果， 表示卷积；

利用窗函数法设计上限频率为50Hz、阶数为32的低通有限冲激响应滤波器，该滤波器的冲激响应为h_LP(n)，

将滤波结果p_BP(n)取绝对值输入上述低通有限冲激响应滤波器中，获得输出结果y(n)：

对y(n)进行N点傅里叶变换，获得变换结果Y(k)：

根据下式获得目标信号方向的包络谱E(k)：

基于频率挑选的矢量水听器包络谱估计方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。