基于单矢量潜标的连续谱信号目标自动检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是一种水声信号检测方法，具体地说是一种基于单矢量潜标的连续 谱信号目标自动检测方法。
【背景技术】
[0002] 矢量水听器可W在空间同时、共点测量声场的一点处声压和质点振速的=个正交 分量，其矢量通道具有与频率无关的指向性，与传统的声压水听器相比较而言，矢量水听器 可W提供更多的声场信息，为后续的信号处理提供了更大的选择空间。另外，利用振速和声 压进行信息联合处理可W提高信号的检测性能同时还可W改善信号参数估计的精度。因为 上述原因近年来矢量水听器受到了越来越多的重视，矢量水听器的相关技术已成为水声工 程领域令人关注的研究方向之一。
[0003] 海洋潜标系统是获取海洋环境资料的重要技术装备，可W完成恶劣海况下的长 期、定点、连续、多层面同步测量任务，其在海洋科学研究等方面有着广泛的应用。
[0004] 信号的功率谱反映了信号许多重要特征，航行器福射噪声的功率谱是一种典型的 连续谱和线谱的叠加，同一种目标发出的噪声谱结构具有相似的连续谱变化趋势，因此可 W利用连续谱的一些特征获取目标的信息。 阳〇化]经过文献检索发现，有文献对矢量方位估计问题进行了研究，例如： W06] 姚直象，惠俊英等.基于单矢量水听器四种方位估计方法.[J].海洋工 程，2006, 24(1)。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种能要解决检测口限很难确定与容易受到干扰等问题 的基于单矢量潜标的连续谱信号目标自动检测方法。
[0008] 本发明的目的是运样实现的：
[0009]步骤一、取矢量水听器声压通道信号P(t)，X轴振速通道信号Vx(t)和y轴振速 通道信号Vy(t)，分别将P(t)与Vx(t)，P(t)与Vy(t)做互谱运算，分别得到声压通道信号 P(t)与X轴振速通道信号Vx(t)和y轴振速通道信号Vy(t)的声强流谱L讯和ly讯，根 据声强流谱L(f)和Iy(f)得到各频率的水平方位角估计结果0 (f);
[0010] 步骤二、利用互谱直方图统计方法进行连续谱目标方位估计，得到当前时刻的连 续谱信号目标方位信息9。(11)，并将当前时刻的连续谱信号目标方位信息0u(n)进行缓 存，与过去n-1个时刻的连续谱信号目标方位信息测量值共同构成方位缓存数组0 (n); W11] 步骤S、将方位缓存数组0 (n)中的跳变点剔除，保留测量值稳定的方位点； 阳01引易1J除跳变点的判断依据如下： 阳 01引 I目。（j)-目。（j-1)I> 0DT
[0014] 0〇(j+l)-0〇(j)I^ 0dt 阳〇巧]白〇(_]?)为方位缓存数组白（n)中第j个方位值，白…为方位野点易ij除口限；
[0016] 满足上述条件的相位点即为相位跳动点，将其改为：
[0017] 0〇(j) = 0〇(j-l)
[0018] 用0c(j-l)代替方位缓存数组0 (n)中0D(j)测量方位值，建立新的样本集；
[0019] 步骤四、根据步骤=得到的剔除跳变点后的方位缓存数组0 (n)计算方位变化率 数组A0 (n)，进而解算出方位变化率的标准差0std;
[0020] 方位变化率数组的计算公式为：
[0021] A0 (n) = 0 (n)-0 (n-1)
[0022] 即用方位缓存数组0 (n)中每个元素后点减去前一个点的值所得到的数组， A0 (n)数组中元素个数为M-1，然后，解算出方位变化率的标准差0gtd，计算公式为： [002；3]目std=std(A目(n)) W24] "stdO"表示求标准差；
[00巧]步骤五、设定关于方位变化率的标准差的口限0 .tdDT，对方位变化率的标准差是否 满足口限要求进行判别：
[00%] 如果方位变化率标准差小于等于设定口限值，即
[0027] 0 0 加肌
[002引则满足要求，判为有目标，将0。(11)值作为目标方位输出；否则判为没有目标，不 输出目标方位。
[0029] 本发明是为了解决现有方法能量检测法的检测口限很难确定与能量检测法容易 受到干扰的问题，而提出的一种基于单矢量潜标的连续谱信号目标自动检测实现方法。与 常用的宽带信号能量检测法相比较，本发明的方法的优点如下：
[0030] (1)能量检测法的检测口限很难确定。一天中不同时刻的噪声背景变化率较大，很 难获得一个确切好用的口限值。较难在检测概率和虚警概率间平衡。新的检测方法是W方 位变化率标准差作为口限的，时间上是一种信噪比口限，只要所选用频段中信号的信噪比 高到可W测得稳定的方位输出，就可W完成检测，而跟绝对的噪声背景无关。
[0031] (2)能量检测法容易受到干扰。例如爆炸声源等突发脉冲干扰，需要对其进行滤 除。新的检测方法是一种方位历程稳定性检测，对单个突发脉冲干扰不敏感。因为爆炸声 信号是瞬态信号，只会形成单独的不连续的方位跳点，利用程序中的单野点剔除方法可W 直接剔除，不会引起虚警。潜标易受到流引起的震动噪声干扰影响，对于能量检测类的方法 会导致高虚警。而对于本发明提出的方法来说，流噪声仅引起的能量增加，而由流噪声引起 的矢量方位是不稳定的，利用方位变化率标准差的判别方法不会引起虚警。
【附图说明】
[0032] 图1为连续谱信号目标检测信号处理框图；
[0033] 图2为连续谱信号目标检测信号处理流程图；
[0034] 图3为连续谱信号目标检测互谱直方图方位估计处理框图；
[0035] 图4为矢量水听器xy向坐标定义图；
[0036] 图5为矢量水听器声压及两个振速通道信号P(t)、Vx(t)、Vy(t)图，其中，上图为 矢量水听器声压通道信号P(t)，中图为X轴振速通道信号Vx(t)，下图为y轴振速通道信号 Vy(t)〇
【具体实施方式】
[0037] 下面结合图1~图5举例对本发明做更详细的说明。
【具体实施方式】 [0038] 一：本实施方式的一种基于单矢量潜标的连续谱信号目标自动检测 实现方法按W下步骤实现：
[0039] 一、取矢量水听器声压通道信号P(t)，X轴振速Vx(t)和y轴振速Vy(t)，分别将 P(t)与Vx(t)，P(t)与Vy(t)做互谱运算，分别得到声压通道信号P(t)与X轴振速Vx(t) 和y轴振速Vy(t)的声强流谱I,讯和ly讯，根据声强流谱I,讯和ly讯得到各频率的 水平方位角估计结果0 (f);
[0040] 二、利用互谱直方图统计方法进行连续谱目标方位估计，得到当前时刻的连续谱 信号目标方位信息0"(n)，并将连续谱信号目标方位信息0"(n)进行缓存，得到方位缓存 数组0 (n);
[0041] S、将方位缓存数组0 (n)中的跳变点剔除，保留测量值稳定的方位点；
[0042] 在下面步骤四中方位变化率标准差测量时，必须先在方位的测量样本集中剔除方 位异常跳变点，修改方位缓存数组0 (n)的样本集，然后再进行方位变化率标准差测量。剔 除跳变点的判断依据如下： 阳043]I白 〇(j)-白o(j-l)I> 0DT
[0044] 做 阳045] 0〇(j+l)-0〇(j)I^ 0DT 阳04引 白〇(_]?)为方位缓存数组白（n)中第j个方位值，白…为方位野点易1J除口限；
[0047] 满足上述条件的相位点即为相位跳动点，将其改为：
[0048] 0〇(j) = 0。〇-1) (9)
[0049] 用0e(j-l)代替方位缓存数组0 (n)中0e(j)测量方位值，建立新的样本集；该 方法获得当前样本值需要用到未来一个点的值，是非因果系统，无法实现，实际中只能用当 前点的值获得上一个点的剔除结果，因此结果输出会有一个点的滞后。利用因果系统的滤 波方法滤除虽然会即时得到当前点的输出结果，但由于滤波导致的滞后仍然会较为严重， 滞后时间多数情况会超过一个点。因此选用该方法进行野点剔除。该方法另一问题是仅能 滤除非连续跳动野点，不能够剔除连续跳动野点，对于连续跳动野点导致的数据不合格问 题由后面方位变化率标准差不合格条件来剔除；
[0050] 四、根据步骤=得到的剔除跳变点后的方位缓存数组0 (n)计算方位变化率数组 A0 (n)，进而解算出方位变化率的标准差0gtd;
[0051] 方位变化率数组的计算公式为：
[0052] A0 (n) = 0 (n)-0 (n-1) (10)
[0053] 即用方位缓存数组0 (n)中每个元素后点减去前一个点的值所得到的数组， A0(n)数组中元素个数为M-1，然后，解算出方位变化率的标准差0gtd，计算公式为：
[0054] 0std=std(A0 (n)) (11) 阳05引 "stdO"表示求标准差；
[0056] 五、设定关于方位变化率的标准差的口限0gtdDT，对方位变化率的标准差是否满足 口限要求进行判别：
[0057] 如果方位变化率标准差小于等于设定口限值，即
[005引 0 0stdDT(。）则满足要求，判为有目标，将0 0(n)值作为目标方位输出；否 则判为没有目标，不输出目标方位。
[0059]
【具体实施方式】二：本实施方式与【具体实