一种蛙人仿真信号生成方法技术

本发明专利技术涉及一种蛙人仿真信号生成方法。本发明专利技术包括：对高斯白噪声按对应实际蛙人频率进行滤波处理获得蛙人仿真信号载频。构造蛙人仿真信号包络。将蛙人仿真信号包络调制到蛙人仿真信号载频上，获得蛙人仿真信号。本发明专利技术获得的蛙人仿真信号在通常蛙人研究的分析带宽上，与实际蛙人信号的时域信号和频谱等高度相似，可以广泛应用于蛙人目标探测、特征提取、跟踪等针对蛙人的理论研究和仿真验证。

【技术实现步骤摘要】
一种蛙人仿真信号生成方法
本专利技术涉及一种蛙人仿真信号生成方法。
技术介绍
随着人类对海洋认识的增加和科学技术的发展，人类活动越来越多的延伸到海洋中，发展海洋技术已经成为技术革命的重要内容。配备了现代化装备的水下蛙人已经能够胜任各种复杂的水下作业，成为水下作业的重要方式。因此，蛙人的相关研究也逐渐被提上日程，蛙人特征提取、检测、跟踪等的研究已经迫在眉睫。蛙人的相关研究主要为主动和被动两部分。蛙人辐射声信号建模仿真在被动蛙人相关研究中有着十分重要的作用，它一方面能够弥补由于技术和经济等原因造成的验证性试验不足的问题，另一方面还可以用来验证和评价算法的性能。美国斯蒂文斯理工学院海洋安全实验室的研究人员系统地研究了开式呼吸器辐射的声信号以及利用它探测水下蛙人目标的原理，做了大量的相关实验，并得到一些重要结果。他们认为蛙人水下呼吸辐射声信号主要是由于呼吸调节器的高压阀和低压阀引起的，具有周期性特征，呼吸周期约为3.3s。瑞典的R.K.Lennartsson与E.Dalberg使用被动探测法，在不同噪声环境与距离条件下进行了港口实验，获取了试验中蛙人呼吸声频率在0.3Hz至0.4Hz之间。但是，国内外与水下蛙人相关方面的研究均直接采用耗资较大的外场试验研究来实现，极少有仿真信号用来进行前期理论研究，使得蛙人特征提取、检测、跟踪等理论算法缺失仿真验证这一重要环节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种填补仿真验证的缺失的蛙人仿真信号生成方法。本专利技术的目的是这样实现的：步骤1.对高斯白噪声按对应实际蛙人频率进行滤波处理获得蛙人仿真信号载频。以上所述方法的一种优选方法如下：首先，对高斯白噪声进行滤波，产生对应实际蛙人频带范围的信号；其次，对上述结果进行滤波，分别形成利用已知的特征频率对白噪声进行切比雪夫窗的FIR带通滤波形成对应实际着开式轻型潜水装备的蛙人的实际吸气的频带起伏、利用已知的特征频率对白噪声进行FIR低通滤波形成着开式轻型潜水装备的蛙人对应实际呼气的频带起伏和利用已知的特征频率对白噪声进行FIR带通滤波形成对应着半封闭式重型潜水装备的蛙人的实际排气声的频带起伏；再次，对上述结果进行滤波，使整体衰减。最后，对上述结果再加白噪声，使之符合实际蛙人的谱能量起伏。分别获得着开式轻型潜水装备的蛙人吸气仿真信号载波、着开式轻型潜水装备的蛙人呼气仿真信号载波和着半封闭式重型潜水装备的蛙人排气仿真信号载波。步骤2.构造蛙人仿真信号包络。以上所述方法的一种优选方法如下：对着开式轻型潜水装备的蛙人信号的包络仿真方法如下：利用周期循环的圆弧，改变圆弧的幅值来模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气辐射声的能量大小，改变圆弧的周期来模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气周期和间隔。根据已知着开式轻型潜水装备的蛙人的吸气和呼气时间、呼气与吸气间隔和呼吸周期可以仿真模拟出着开式轻型潜水装备的蛙人呼吸包络。考虑到真实蛙人实测时呼吸周期及呼吸间隔等的不确定性，着开式轻型潜水装备的蛙人呼吸包络仿真中的呼吸周期及呼吸间隔应采用随机方法。对着半封闭式重型潜水装备的蛙人信号的包络仿真方法如下：根据已知的着半封闭式重型潜水装备的蛙人的排气周期和排气间隔仿真模拟出着半封闭式重型潜水装备的蛙人呼吸包络；步骤3.将蛙人仿真信号包络调制到蛙人仿真信号载频上，获得蛙人仿真信号。本专利技术的有益效果在于：本专利技术获得的蛙人仿真信号在通常蛙人研究的分析带宽上，与实际蛙人信号的时域信号和频谱等高度相似，可以广泛应用于蛙人目标探测、特征提取、跟踪等针对蛙人的理论研究和仿真验证。附图说明图1是蛙人仿真信号生成方法流程图；图2是滤波处理具体流程；图3是一次滤波后的结果,其中a为着开式轻型潜水装备的蛙人吸气声，b着开式轻型潜水装备的蛙人呼气声，c着半封闭式重型潜水装备的蛙人排气声；图4是蛙人仿真信号载波,其中a为着开式轻型潜水装备的蛙人吸气声，b着开式轻型潜水装备的蛙人呼气声，c着半封闭式重型潜水装备的蛙人排气声；图5是着开式轻型潜水装备的蛙人呼吸声仿真包络；图6是蛙人仿真信号,其中a为着开式轻型潜水装备的蛙人，b着半封闭式重型潜水装备的蛙人。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实现过程进行详细说明。一种蛙人仿真信号生成方法，包括：对高斯白噪声按对应实际蛙人频率进行滤波处理获得蛙人仿真信号载频；根据实际蛙人包络谱的特征，构造蛙人仿真信号包络；将蛙人仿真信号包络调制到蛙人仿真信号载频上，获得蛙人仿真信号。获得蛙人仿真信号载频的滤波方法包括：步骤1.对高斯白噪声进行滤波，产生对应实际蛙人频带范围的信号；步骤2.对步骤1的结果进行滤波，分别形成对应实际轻潜蛙人吸气、轻潜蛙人呼气和重潜蛙人的频带起伏；步骤3.对步骤2的结果进行滤波，得到符合实际蛙人的谱；步骤4.对步骤3的结果再加白噪声，使之符合实际蛙人的谱能量起伏。分别获得轻潜蛙人吸气仿真信号载波、轻潜蛙人呼气仿真信号载波和重潜蛙人排气仿真信号载波。构造蛙人仿真信号包络方法包括：对轻潜蛙人信号的包络仿真方法如下：利用周期循环的圆弧，改变圆弧的幅值来模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气辐射声的能量大小，改变圆弧的周期来模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气周期和间隔。根据已知轻潜蛙人的吸气和呼气时间、呼气与吸气间隔和呼吸周期可以仿真模拟出轻潜蛙人呼吸包络。对重潜蛙人信号的包络仿真方法如下：根据已知的重潜蛙人的排气周期和排气间隔可以仿真模拟出轻潜蛙人呼吸包络。本专利技术提供了一种蛙人仿真信号生成方法，如图1所示，该方法包括：步骤1.产生对应实际蛙人频带范围内的蛙人仿真信号载频。本专利技术的滤波处理具体流程如图2所示。首先，对高斯白噪声进行滤波，产生对应实际蛙人频带范围的信号。其次，对上述结果进行滤波。着开式轻型潜水装备的蛙人信号的仿真要利用已知的特征频率对白噪声进行切比雪夫窗的FIR带通滤波形成对应实际吸气的频带起伏，如图3(a)；利用已知的特征频率对白噪声进行FIR低通滤波形成对应实际呼气的频带，如图3(b)；着半封闭式重型潜水装备的蛙人信号的仿真要利用已知的特征频率对白噪声进行FIR带通滤波形成对应实际排气声的频带，如图3(c)。再次，对上述结果进行滤波。着开式轻型潜水装备的蛙人信号的仿真要利用凯撒窗的FIR带通滤波使吸气声频带整体衰减；利用凯撒窗的FIR带通滤波使呼气声频带整体衰减；着半封闭式重型潜水装备的蛙人信号的仿真要利用凯撒窗的FIR带通滤波使排气声频带整体衰减。最后，对上述结果加白噪声，使之符合实际蛙人的谱能量起伏。分别获得着开式轻型潜水装备的蛙人吸气仿真信号载波(如图4(a))、着开式轻型潜水装备的蛙人呼气仿真信号载波(如图4(b))和着半封闭式重型潜水装备的蛙人排气仿真信号载波(如图4(c))。步骤2.构造蛙人仿真信号包络。对着开式轻型潜水装备的蛙人信号的包络仿真方法如下：利用周期循环的圆弧，改变圆弧的幅值来模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气辐射声的能量大小，改变圆弧的周期来模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气周期和间隔。已知的吸气和呼气时间约为0.7s，且呼气与吸气间隔约为0.1s，又已知呼吸周期约为3s，可以仿真模拟出着开式轻型潜水装备的蛙人呼吸包络，如图5。考虑到真实蛙人实测时呼吸周期及呼吸间隔等的不确定性，着开式轻型潜水装备的蛙人呼吸包络仿真中的呼吸周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蛙人仿真信号生成方法，其特征在于：(1)对高斯白噪声按对应实际蛙人频率进行滤波处理获得蛙人仿真信号载频：(1.1)对高斯白噪声进行滤波，产生对应实际蛙人频带范围的信号；(1.2)对步骤(1.1)结果进行滤波，分别形成对应实际着开式轻型潜水装备的蛙人吸气、着开式轻型潜水装备的蛙人呼气和着半封闭式重型潜水装备的蛙人的频带起伏；(1.3)对步骤(1.2)结果进行滤波，使整体衰减；(1.4)对步骤(1.3)结果再加白噪声，分别获得着开式轻型潜水装备的蛙人吸气仿真信号载波、着开式轻型潜水装备的蛙人呼气仿真信号载波和着半封闭式重型潜水装备的蛙人排气仿真信号载波；(2)构造蛙人仿真信号包络：利用周期循环的圆弧，改变圆弧的幅值模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气辐射声的能量大小，改变圆弧的周期来模拟仿真改变轻潜蛙人呼气与吸气周期和间隔，根据已知着开式轻型潜水装备的蛙人的吸气和呼气时间、呼气与吸气间隔和呼吸周期可以仿真模拟出着开式轻型潜水装备的蛙人呼吸包络；根据已知的着半封闭式重型潜水装备的蛙人的排气周期和排气间隔仿真模拟出着开式轻型潜水装备的蛙人呼吸包络；(3)将蛙人仿真信号包络调制到蛙人仿真信号载频上，获得蛙人仿真信号。...

【技术特征摘要】
1.一种蛙人仿真信号生成方法，其特征在于：(1)对高斯白噪声按对应实际蛙人频率进行滤波处理获得蛙人仿真信号载频：(1.1)对高斯白噪声进行滤波，产生对应实际蛙人频带范围的信号；(1.2)对步骤(1.1)结果进行滤波，分别形成利用已知的特征频率对白噪声进行切比雪夫窗的FIR带通滤波形成对应实际着开式轻型潜水装备的蛙人的实际吸气的频带起伏、利用已知的特征频率对白噪声进行FIR低通滤波形成着开式轻型潜水装备的蛙人对应实际呼气的频带起伏和利用已知的特征频率对白噪声进行FIR带通滤波形成对应着半封闭式重型潜水装备的蛙人的实际排气声的频带起伏；(1.3)对步骤(1.2)结果进行滤波，使整体衰减；(1.4)对步骤(1.3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思纯，刘钊，周威存，杨德森，胡博，丁玲，宫元彬，郑航，王文博，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23