專利名稱：一種分辨具有相同頻帶輻射噪聲的多目標方法
技術領域：
本發明涉及的是水聲領域，更確切地說，涉及一種實現單矢量傳感器分辨多 目標的方法。
(二)
背景技術：
矢量傳感器利用所接收到目標的聲壓和振速信息可以測得目標方位，平均聲 強器可以通過目標連續譜聲輻射來測向。當多個目標具有頻帶重疊的連續譜特性 時，單矢量傳感器將無法分辨多目標，而只能測得聲場中合成聲強流的方向。但 由于DEMON線譜可以反映艦船目標的螺旋槳葉片數和主軸轉速等物理參數， 是艦船輻射噪聲的不變特征，因此，利用矢量傳感器的對艦船輻射噪聲DEMON 線譜提取并幫助區分多目標軸頻，再利用目標的DEMON線譜的軸頻來對多目 標測向與識別。可以解決單矢量傳感器多目標分辨和測向問題。
文獻"用單個矢量水聽器基于DEMON線譜的雙目標分辨"(《應用聲學》， 2005， 3)中也是利用DEMON來分辨多個目標，但其是利用人工分簇的方法來 分辨兩個目標的，并未利用方位信息。
文獻"基于DEMON線譜的軸頻提取方法研究"(《應用聲學》，2005， 6)提 出了基于標量水聽器的最大公約數算法提取DEMON線譜軸頻，但只應用于單
目標情況。
(三)
發明內容
本發明的目的在于提供一種可以大大提高軸頻提取的準確率，同時可以對每 個目標測向的一種分辨具有相同頻帶輻射噪聲的多目標方法。 本發明的目的是這樣實現的
(1) 將矢量水聽器測得的聲壓信號與振速信號進行互譜處理，完成包絡檢 測，獲得DEMON線譜；
(2) 對DEMON線譜進行融合與凈化；
(3) 采用基于最大公約數算法的方位加權的串行迭代法對于DEMON線譜 提取軸頻；
(4) 通過軸頻信息分辨多目標數量，并給出各目標的方位信息。 為實現本發明的目的，單矢量傳感器分辨具有相同頻帶輻射噪聲的多目標的方法，本發明利用目標DEMON線譜是由艦船螺旋槳運動產生的，是艦船的特 征譜線，提出通過單個矢量傳感器提取多目標DEMON線譜的軸頻，來分辨多 目標并測向的方法。
本發明的優點是可以在具有相同頻帶輻射噪聲的多目標的情況下，通過對 DEMON線譜軸頻的提取，實現多目標分辨。與常規的DEMON譜分析方法相比， 矢量傳感器提供的方位信息可以大大提高軸頻提取的準確率，同時可以對每個目 標測向。
(四)
圖1是矢量DEMON譜分析框圖2是常規DEMON第一次提取時差頻的品質因數；
圖3是常規DEMON第二次提取時差頻的品質因數；
圖4是矢量DEMON線譜方位分布圖5是矢量DEMON譜多目標軸頻提取流程圖6是矢量DEMON第一次提取時差頻的品質因數；
圖7是矢量DEMON第二次提取時差頻的品質因數。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述
首先是對DEMON譜的提取本發明這個步驟與傳統矢量DEMON分析法 相同，見文獻"用單個矢量水聽器基于DEMON線譜的雙目標分辨"。
第二步是DEMON線譜的融合與凈化本發明這個步驟與傳統DEMON分 析法相同，見文獻"基于DEMON線譜的軸頻提取方法研究"。
第三步對融合和凈化后的DEMON線譜進行測向
設有艦船輻的DEMON線譜
m=i (i)
其中，,為基頻，^為初始相位。
平面波條件下，矢量水聽器接收到的聲壓和振速分別為
; = cos(2《f) (2)
vx = cos(2《0 (0 cos(。 (3)
yy = cos(2《0 s0) si, (4 )
以上3式中，/。是被調制的高頻信號的頻率，0是目標方位。為獲得DEMON線譜，需要對被調制的信號進行解調，為此將(2)分別與 (3)和(4)式相乘，得到聲強流
<formula>formula see original document page 6</formula>
上兩式的聲強流，通過一個低通濾波器后就可以檢出包絡，包絡中含有DEMON 譜和目標方位信息。
然后用如下公式測向
第四步是本發明的創新之處，也是關鍵所在。最大公約數算法提取軸頻法只 能用于單目標軸頻提取，本發明以其為基礎，加入方位加權的串行迭代法提取多 個目標軸頻，流程圖如圖5。
(1) 求出所有線譜之間的差頻，應用最大公約數算法計算所有差頻的品質 因數，設定一個品質因數門限，品質因數最大且過門限的差頻是第一個目標的軸 頻；
(2) 當確定第一個目標的軸頻后，根據串行迭代法，應將該目標的軸頻和 其所有的倍頻剔除，否則無法使用最大公約數算法提取下一個目標的軸頻。但同 時應將多個目標的公共倍頻保留，否則會降低其他目標的品質因數。因此在去除 第一個目標的軸頻及其倍頻時參照方位信息，如果倍頻方位與軸頻方位相同或在 一個誤差范圍內，說明該倍頻只有該目標的能量，不是其它目標軸頻的倍頻，可 以剔除；如果倍頻方位與軸頻方位不同說明該譜線合成了其它目標的能量，這根 譜線也是其它目標的倍頻，因此不能剔除需要保留。
(3) 對剩下的線譜重復以上算法提取第二個目標的軸頻。如此反復直到所 有差頻的品質因數都不過門限，表示所有目標的軸頻都被提取。
第五步通過軸頻信息分辨多目標數量。
是艦船的特征譜線，即使是同一型號的艦船軸頻也會有所不同，軸頻中只包 含該艦船的能量。因此用第三步中的測向方法測得的方位為該目標的真實方位， 而不是聲場中合成聲強流的方向。對各個目標的軸頻用第三步中的測向方法測 向，并給出各目標的方位信息。
下面是對本方法的仿真，以雙目標為例，兩個目標的軸頻分別為10Hz和 13Hz，信噪比為6dB。
圖2為第一次提取時差頻的品質因數，圖3為第二次提取時差頻的品質因數， 由圖可見由于第一次將不該剔除的線譜剔除，導致第二目標的品質因數下降無法提取軸頻。
圖4是矢量DEMON線譜方位分布圖。根據圖4的方位對數據作處理，結 果如圖6和圖7，由圖中可見，可以完整提取兩個目標的軸頻。
基于矢量的DEMON線譜分析與提取技術可以很好的分辨具有相同頻帶輻
射噪聲的多目標，即使多個目標的軸頻具有公共倍頻。
權利要求
1、一種分辨具有相同頻帶輻射噪聲的多目標方法，其特征是(1)將矢量水聽器測得的聲壓信號與振速信號進行互譜處理，完成包絡檢測，獲得DEMON線譜；(2)對DEMON線譜進行融合與凈化；(3)采用基于最大公約數算法的方位加權的串行迭代法對于DEMON線譜提取軸頻；(4)通過軸頻信息分辨多目標數量，并給出各目標的方位信息。
2、 根據權利要求l所述的一種分辨具有相同頻帶輻射噪聲的多目標方法，其 特征是所述的采用基于最大公約數算法的方位加權的串行迭代法對于DEMON 線譜提取軸頻中的方位測量方法為艦船輻的DEMON線譜- A (0 = Z cos(2^/^ + A ) 其中，,為基頻，^為初始相位；平面波條件下，矢量水聽器接收到的聲壓和振速分別為"cos(2《0"i0)vx = cos(2《/") & (f) cos(6>)vy = cos(2《/") & (0 sin(<9)以上3式中，/。是被調制的高頻信號的頻率，S是目標方位； 為此將p分別與vx和yy相乘，得到聲強流/x: = p vx = cos2 (2《0i (/") cos(60 ^ = yy = cos2(2《0 ^ (/") sin(汐) 聲強流，通過一個低通濾波器后就檢出包絡，包絡中含有DEMON譜和目標方 位信息；然后用如下公式測向<formula>formula see original document page 2</formula>
3、根據權利要求1或2所述的一種分辨具有相同頻帶輻射噪聲的多目標方 法，其特征是所述的采用基于最大公約數算法的方位加權的串行迭代法對于 DEMON線譜提取軸頻中加入方位加權的串行迭代法提取多個目標軸頻的方法 為(1) 求出所有線譜之間的差頻，應用最大公約數算法計算所有差頻的品質 因數，設定一個品質因數門限，品質因數最大且過門限的差頻是第一個目標的軸 頻；(2) 當確定第一個目標的軸頻后，去除第一個目標的軸頻及其倍頻時參照 方位信息，如果倍頻方位與軸頻方位相同或在一個誤差范圍內，可以剔除；如果 倍頻方位與軸頻方位不同說明該譜線合成了其它目標的能量，不能剔除需要保 留；(3) 對剩下的線譜重復以上步驟提取第二個目標的軸頻，如此反復直到所 有差頻的品質因數都不過門限，表示所有目標的軸頻都被提取。
全文摘要
本發明提供的是一種基于矢量DEMON信號處理的分辨具有相同頻帶輻射噪聲的多目標方法。(1)將矢量水聽器聲壓信號與振速信號進行互譜處理，完成包絡檢測，獲得DEMON線譜；(2)對DEMON線譜進行融合與凈化；(3)采用基于最大公約數算法的方位加權的串行迭代法對于DEMON線譜提取軸頻；(4)通過軸頻信息分辨多目標數量，并給出各目標的方位信息。本發明的優點是可以區分多目標，即使多個目標的輻射噪聲具有相同頻帶，但由于各目標的軸頻不同，仍然可以分辨。
文檔編號G01R23/16GK101539597SQ20091007191
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月29日 優先權日2009年4月29日
發明者惠俊英, 殷敬偉, 王逸林 申請人:哈爾濱工程大學