【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于水声目标探测，具体涉及一种基于时频通过特性的水声目标警戒方法。
技术介绍
0、
技术介绍
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1、被动声纳是在海洋中实现水声目标警戒的主要手段之一，主要原理是集中式水听器阵列获取水声场、通过以波束形成为代表的阵列空时信号处理实现远处水声目标辐射噪声的检测。但近几十年以来，海洋环境噪声级因人类海洋活动增多而大幅提高，以潜艇为代表的敏感水声目标辐射噪声越来越低，被动声纳中检测和辨识敏感水声目标的难度越来越大。
2、利用分布式连续布设的水听器阵列形成不间断警戒线是解决以上问题的一种有效途径。常用方法是将水听器阵列分成多个较短的子阵，每个子阵采用基于波束形成的检测方法探测目标，通过多子阵探测信息的融合估计目标距离。该方法对阵形误差、阵元幅相一致性均有较高要求，运算量、复杂度随分布式水听器阵列警戒线规模增大快速增长。因此，发展对通过分布式水听器阵列的水声目标的可靠、高效检测方法是十分必要的。
技术实现思路
0、
技术实现思路
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1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于时频通过特性的水声目标警戒方法，该方法利用水声目标通过空间连续分布的水听器阵列时多普勒效应引起的辐射噪声时频通过特性，提取通过水声目标所特有的辐射噪声线谱频率变化率幅值的空-时变化趋势特征，判断是否有水声目标通过水听器阵列，估计目标的通过时间与位置。本方法适用于水平或垂直布设的水听器线阵列，以及可获取水声信号空时分布的其他水声传感设备。
2、本专利技术的技术解决方
3、步骤1，水听器线列阵同步采集多通道水声信号；
4、步骤2，各通道信号进行滤波、降采样、短时付里叶变换等处理，得到各通道时频谱；
5、步骤3，基于各通道时频谱，检测水声信号中存在的线谱；
6、步骤4,对每一根线谱，计算线谱频率空时分布；
7、步骤5，计算线谱频率变化率幅值空时分布；
8、步骤6，计算线谱频率变化率集中度趋势；
9、步骤7，对线谱频率变化率集中度趋势进行检测，判决是否有水声目标通过；
10、步骤8，求解线谱频率变化率幅值空时分布峰值对应的时间和通道(或对应位置)，估计水声目标通过时间和位置。
11、当水声目标以一定的航速通过水听器线列阵时，由于多普勒效应，辐射噪声线谱频率呈现以通过位置(水声目标离水听器线列阵最近点)为空间中心、以通过时间(水声目标经过通过位置的时间)为时间中心的空时变化。当采用频率变化率幅值表示这种线谱频率空时变化时，在该空-时中心点出现频率变化率幅值的极大值点。当水声目标接近水听器线列阵航行时，频率变化率幅值的空间分布越来越集中；当水声目标通过水听器阵列开始远离时，频率变化率幅值的空间分布越来越分散。这种时频通过特性不受水声目标线谱频率本身变化的影响，即不会因远场水声目标辐射噪声线谱频率变化将其误判为通过水声目标。
12、本专利技术提供了一种基于时频通过特性的水声目标警戒方法，该方法观察水声目标辐射噪声中线谱频率的空-时变化，构建线谱频率变化率空间分布集中度趋势作为检验统计量，实现对航行通过水听器线列阵的水声目标的检测。
13、具体的，
14、步骤1操作如下，水听器线列阵的m个阵元连续采集水下目标辐射噪声，形成m通道的水下目标辐射噪声数字信号si(t)(i∈[1,m])，其中m为线列阵阵元数目,阵元位置为xi。
15、步骤2操作如下，对信号si(t)(i∈[1,m])进行时频谱分析，获取m通道的时间频率两维谱数据xi(t,f)(i∈[1,m])，
16、
17、步骤3操作如下，对m个通道的时频谱xi(t,f)分别进行线谱检测和线谱频率估计，并将各通道中相同频率的线谱归为一组，进行跟踪分析。当水声目标接近线列阵时，各通道接收的水声目标辐射噪声线谱多普勒频移存在差异。考虑多普勒效应影响的各通道跟踪线谱频率表示如下：
18、fli(t)＝f0+δfi(t) i∈[1,m] (2)
19、式(2)中f0为水声目标辐射线谱频率，δfi(t3)为多普勒效应引起的各通道的多普勒频移；
20、线谱频率空时分布g1＝{fli(t)}(i∈[1,m])。
21、步骤4操作如下，基于m通道线谱空时频率分布，采用式(3)计算各通道的频率变化率(取绝对值)，
22、δfli(t)＝|fli(t+δt)-fli(t)| i∈[1,m] (3)
23、式(3)中，δt表示计算线谱频率变化率时的时间分辨率；
24、线谱频率变化率空时分布g2＝|{afli(t)}i∈[1,m]。
25、步骤5操作如下：依据m通道线谱频率变化率空时分布，计算t时刻频率变化率数据重心坐标m(t)、均值u(t)、最大偏移量绝对值ε(t)，其中，
26、
27、
28、构造线谱频率变化率统计量i1，其值越小说明频率变化率的空间分布越集中。取其倒数，定义为频率变化率集中度趋势cv。
29、
30、cv(t)＝1/i1(t) (7)
31、步骤6操作如下，基于cv(t)值在水声目标通过之前呈上升趋势、在通过之后呈下降趋势，并在通过时刻附近达到最大值的特性。设置阈值，对cv(t)值进行峰值或极值检测，对达到阈值的谱线给出通过目标预判，并根据其变化趋势进行目标确认。
32、步骤7操作如下，频率变化率集中度趋势取最大值时刻为水声目标通过水听器线列阵时刻，该时刻频率变化率最大值所在的水听器线列阵通道坐标为水声目标通过的位置点。
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
34、利用水声目标在通过水听器线列阵的时间段内，各阵元接收的目标辐射噪声线谱频率变化率集中度趋势，实现对一定航速通过水听器线列阵的水声目标的检测和判决；由于远处干扰目标的线谱频率变化率不会在空间上呈现一定集中度的分布，更不会出现频率变化率集中度趋势统计量由小变大再由大变小的变化趋势，因此，该方法具有良好的抗远处干扰目标的特性。也就是说，本专利技术提供了一种基于时频通过特性的水声目标警戒方法，该方法可以实现对通过水听器线列阵的水声目标的可靠警戒。
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1.一种基于时频通过特性的水声目标警戒方法,其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤1操作如下，水听器线列阵或水声信号传感装置分布式、连续采集水下目标辐射噪声，形成M通道的水声信号si(t)(i∈[1,M])，其中M为水声信号采集通道数或阵列阵元数。
3.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤2操作如下，对信号si(t)(i∈[1,M])进行时频谱分析，获取M通道的时间频率两维谱数据Xi(t，f)(i∈[1，M])，
4.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤3操作如下，对M个通道的时频谱Xi(t,f)分别进行线谱检测和线谱频率估计，并将各通道中相同频率的线谱归为一组，进行跟踪分析。对线谱频率相同性判定时，应考虑多普勒频移引起的各通道线谱频率差异。当水声目标接近线列阵时，各通道接收的水声目标辐射噪声线谱多普勒频移存在差异。考虑多普勒效应影响的各通道跟踪线谱频率表示如下：
5.根据权利要求1所述的基于时频
6.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤5操作如下，依据M通道线谱频率变化率空时分布，计算t时刻频率变化率数据重心坐标m(t)、均值u(t)、最大偏移量绝对值ε(t)，其中，
7.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤6操作如下，基于CV(t)值在水声目标通过之前呈上升趋势、在通过之后呈下降趋势，并在通过时刻附近达到最大值的特性，设置阈值，对CV(t)值进行峰值或极值检测，对达到阈值的谱线给出通过目标预判，并根据其变化趋势进行目标确认。
8.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤7操作如下，频率变化率集中度趋势取最大值时刻为水声目标通过水听器线列阵时刻，该时刻频率变化率最大值所在的水听器线列阵通道坐标为水声目标通过的位置点。
...【技术特征摘要】
1.一种基于时频通过特性的水声目标警戒方法,其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤1操作如下，水听器线列阵或水声信号传感装置分布式、连续采集水下目标辐射噪声，形成m通道的水声信号si(t)(i∈[1,m])，其中m为水声信号采集通道数或阵列阵元数。
3.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤2操作如下，对信号si(t)(i∈[1,m])进行时频谱分析，获取m通道的时间频率两维谱数据xi(t，f)(i∈[1，m])，
4.根据权利要求1所述的基于时频通过特性的水声目标警戒方法，其特征在于：步骤3操作如下，对m个通道的时频谱xi(t,f)分别进行线谱检测和线谱频率估计，并将各通道中相同频率的线谱归为一组，进行跟踪分析。对线谱频率相同性判定时，应考虑多普勒频移引起的各通道线谱频率差异。当水声目标接近线列阵时，各通道接收的水声目标辐射噪声线谱多普勒频移存在差异。考虑多普勒效应影响的各通道跟踪线谱频率表示如...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛辉良，张自丽，吕冰，田贺，郭斐斐，于振欣，潘筱屹，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：
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