一种脉冲声信号的检测方法及装置的制造方法

一种脉冲声信号的检测方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种脉冲声信号的检测方法，用于提高脉冲声信号检测的准确性。本发明实施例包括：对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信号；判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所述采样声信号进行降噪处理，再计算降噪处理后的所述采样声信号的帧能量；若否，则直接计算所述采样声信号的帧能量；根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测出各通道的脉冲声信号。本发明实施例还提供一种脉冲声信号的检测装置，用于提高脉冲声信号检测的准确性。
【专利说明】
_种脉冲声信号的检测方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及声信号检测技术领域，尤其涉及一种脉冲声信号的检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在对火炮声、枪声、爆炸声等脉冲声进行探测、定向、定位时，需要首先对脉冲声信 号进行可靠的检测和提取。
[0003] 目前对脉冲声进行检测时一般采用的方法有功率谱检测法、能量检测法、统计检 测法、恒虚警率检测法等。功率谱检测法对信号进行短时傅里叶变换，求每段信号的功率 谱，将关注频段的功率谱与整段信号的功率谱做比值，当该比值大于一定的阈值时，认为有 目标出现;能量检测法求取信号的短时能量，当该能量大于一定的阈值时，认为目标脉冲声 信号出现，或是当前短时能量与前一短时能量的比大于一定的阈值时，认为目标脉冲声信 号出现;统计检测法根据极大似然估计比进行目标检测，当前时间段内有目标的极大似然 估计和无目标的极大似然估计的比值大于一定的阈值时，认为目标脉冲声信号出现;恒虚 警率检测法采用的阈值可以随着背景环境变化，可以用一定时间段内观测值的功率、能量、 方差等统计量作为自适应阈值。
[0004] 然而，综合分析现有的这些脉冲声检测算法，它们共同的特点是都需要一个阈值， 或是根据经验给定的硬阈值，或是采用一定的方法对环境数据进行计算后自适应变化的软 阈值，可以将这些检测算法统称为单一阈值检测算法。这种单一阈值检测算法检测概率在 地域空旷、环境安静、无风的理想条件下完全由阈值和声源声压级的大小决定，检测到信号 后直接在时域进行延拓就可以提取到完整的脉冲波形。当声探测设备布设在油机等强噪声 源旁边接收到的信号将淹没在背景噪声中，在有风的天气条件下风噪声将增加声探测设备 检测虚警率，这些恶略的条件将严重影响声探测设备对脉冲声的检测概率和检测准确性， 并进一步影响到提取脉冲声信号的完整性。

【发明内容】

[0005] 本发明实施例提供了一种脉冲声信号的检测方法，可以不受环境噪声的影响，减 少声探测设备的检测虚警率，提升检测的概率和准确性。
[0006] 本发明实施例第一方面提供的一种脉冲声信号的检测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1:对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信 号；
[0008]步骤2:判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所述采样声信 号进行降噪处理，再计算降噪处理后的所述采样声信号的帧能量;若否，则直接计算所述采 样声信号的帧能量；
[0009]步骤3:根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测出各通 道的脉冲声信号。
[0010]结合本发明实施例的第一方面，在本发明实施例第一方面的第一种实现方式中， 在根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测出各通道的脉冲声信 号之后，还包括：当满足预置条件时，确定检测出的各通道的脉冲声信号为目标脉冲声信 号。
[0011] 结合本发明实施例第一方面的第一种实现方式，在本发明实施例第一方面的第二 种实现方式中，所述在当满足预置条件时，确定检出的各通道的脉冲声信号为目标脉冲声 信号之前还包括:确定是否满足预置条件；
[0012] 所述确定是否满足预置条件包括：
[0013] 确定检出的各通道的脉冲声信号中任意两通道的脉冲声信号的相关性系数是否 大于第一预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声信号长度 是否大于第二预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声信号 的信噪比是否大于第三预设阈值，若否，则确定不满足预置条件，若是，则确定满足预置条 件。
[0014] 结合本发明实施例第一方面的第二种实现方式，在本发明实施例第一方面的第三 种实现方式中，在确定满足预置条件之后，将所述目标脉冲声信号保存到缓存中，并记录所 述目标脉冲声信号的起始位置和结束位置，以用于根据所述起始位置和所述结束位置进行 目标脉冲声信号的提取；
[0015]在确定不满足预置条件之后，将检测出的各通道脉冲声信号清除，并重新执行步 骤1。
[0016] 结合本发明实施例的第一方面，在本发明实施例第一方面的第四种实现方式中， 所述判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所述采样声信号进行降噪 处理包括：
[0017] 判断所述采样声信号的时域信号是否存在周期性，若是，则对所述采样声信号的 时域信号进行频域变换，若得到具有谐波关系的线谱，则对所述具有谐波关系的线谱进行 抑制。
[0018] 结合本发明实施例的第一方面，在本发明实施例第一方面的第四种实现方式中， 所述判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所述采样声信号进行降噪 处理包括：
[0019] 当所述采样声信号的存在状态为0或1时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的 最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，并将当前采样声信号放入第二缓存中，记录 当前采样声信号的起始点位置；
[0020] 若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值且小于预设的最高值，则确定当前 采样声信号为疑似脉冲声信号，并重新执行步骤1;
[0021] 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于预设的中间值，则确定当前 采样声信号为噪声，并重新执行步骤1;
[0022] 当所述采样声信号的存在状态为2时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的中 间值且小于设于的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，并将当前采样声信号放 入缓存中；
[0023] 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于设于的中间值，则记录当前 采样声信号的结束点位置，并根据当前采样声信号的起始点位置和结束点位置计算出当前 米样声信号的长度；
[0024] 当所述采样声信号的存在状态为3时，根据计算出的当前采样声信号的长度从缓 存中提取脉冲声信号。
[0025] 本发明实施例第二方面提供的一种脉冲声信号的检测装置，包括:采样模块，用于 对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信号；
[0026] 判断模块，用于判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所述采 样声信号进行降噪处理，再计算降噪处理后的所述采样声信号的帧能量;若否，则直接计算 所述采样声信号的帧能量；
[0027] 检测模块，用于根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测 出各通道的脉冲声信号。
[0028] 结合本发明实施例的第二方面，在本发明实施例第二方面的第一种实现方式中， 所述装置还包括第一确定模块，所述第一确定模块，用于当满足预置条件时，确定检测出的 各通道的脉冲声信号为目标脉冲声信号。
[0029]结合本发明实施例第二方面的第一种实现方式，在本发明实施例第二方面的第二 种实现方式中，所述装置还包括第二确定模块，所述第二确定模块用于确定是否满足预置 条件，所述第二确定模块具体用于确定检出的各通道的脉冲声信号中任意两通道的脉冲声 信号的相关性系数是否大于第一预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各 通道的脉冲声信号长度是否大于第二预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确 定各通道的脉冲声信号的信噪比是否大于第三预设阈值，若否，则确定不满足预置条件，若 是，则确定满足预置条件。
[0030] 结合本发明实施例第二方面的第二种实现方式，在本发明实施例第二方面的第三 种实现方式中，所述装置还包括保存模块和清除模块，所述保存模块用于在确定满足预置 条件之后，将所述目标脉冲声信号保存到缓存中，并记录所述目标脉冲声信号的起始位置 和结束位置，以用于根据所述起始位置和所述结束位置进行目标脉冲声信号的提取，所述 清除模块用于，在确定不满足预置条件之后，将检测出的各通道脉冲声信号清除。
[0031] 结合本发明实施例的第二方面，在本发明实施例第二方面的第四种实现方式中， 所述判断模块具体用于判断所述采样声信号的时域信号是否存在周期性，若是，则对所述 采样声信号的时域信号进行频域变换，若得到具有谐波关系的线谱，则对所述具有谐波关 系的线谱进行抑制。
[0032] 结合本发明实施例的第二方面，在本发明实施例第二方面的第五种实现方式中， 所述检测模块具体用于：
[0033] 当所述采样声信号的存在状态为0或1时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的 最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，并将当前采样声信号放入第二缓存中，记录 当前采样声信号的起始点位置；
[0034]若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值且小于预设的最高值，则确定当前 采样声信号为疑似脉冲声信号，并重新执行步骤1;
[0035] 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于预设的中间值，则确定当前 采样声信号为噪声，并重新执行步骤1;
[0036] 当所述采样声信号的存在状态为2时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的中 间值且小于设于的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，，并将当前采样声信号放 入缓存中；
[0037] 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于设于的中间值，则记录当前 采样声信号的结束点位置，并根据当前采样声信号的起始点位置和结束点位置计算出当前 米样声信号的长度；
[0038] 当所述采样声信号的存在状态为3时，根据计算出的当前采样声信号的长度从缓 存中提取脉冲声信号。
[0039] 本发明实施例提供的一种脉冲声信号检测的方法，包括对传声器阵列中各通道的 脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信号，判断该采样声信号中是否存在强背景噪 声，若是，则先对该采样声信号进行降噪处理，再计算降噪处理后的该采样声信号的帧能 量;若否，则直接计算该采样声信号的帧能量，根据该采样声信号的帧能量和该采样声信号 的存在状态检测出各通道的脉冲声信号，相对于现有技术，本发明实施例在检测脉冲声信 号时可以进行降噪处理，可以有效排除环境中的噪声对检测结果的影响，从而提升检测的 脉冲声信号的概率和准确性。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明所提供的脉冲声信号检测方法的第一实施例步骤流程图；
[0041 ]图2为本发明所提供的传声器阵列结构示意图；
[0042] 图3为本发明所提供的脉冲声信号检测方法的第二实施例步骤流程图；
[0043] 图4为本发明所提供的油机噪声的时域波形图；
[0044]图5为本发明所提供的油机噪声的频域波形图；
[0045]图6为本发明所提供的噪声抑制前的采样声信号的时域波形图；
[0046] 图7为本发明所提供的噪声抑制后的采样声信号的时域波形图；
[0047] 图8为本发明所提供的脉冲声信号检测方法的第三实施例步骤流程图；
[0048] 图9为本发明所提供的3个通道脉冲声信号的时域波形图；
[0049] 图10为本发明所提供的3个通道脉冲声信号的功率频谱图；
[0050] 图11为本发明所提供的脉冲声信号混响波形图；
[0051] 图12为本发明所提供的脉冲声信号检测装置的第一实施例结构示意图；
[0052] 图13为本发明所提供的脉冲声信号检测装置的第二实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0053]本发明实施例提供了一种能够提升脉冲声信号检测正确性的方法，本实施例所示 的脉冲声信号检测方法应用于脉冲声信号检测装置和声信号探测设备。
[0054] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。
[0055] 本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第二"等(如果存在） 是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数 据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以 外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包 含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的 那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的 其它步骤或单元。
[0056]下面首先介绍本发明实施例中脉冲声信号检测方法的第一实施例，该脉冲声信号 检测方法可以应用在军事领域中，用于检测枪声、火炮声、爆炸声的脉冲声信号。
[0057]如图1所示，所述脉冲声信号的检测方法包括：
[0058]步骤101、对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信 号。
[0059] 本实施例中，首先采用多支传声器组成阵列的形式完成信号的拾取，得到各通道 的脉冲声信号。阵列结构组成包括4个传声器阵元1，4根水平阵列杆2,具体参见图2。然后对 各传声器通道按帧进行采样，帧长根据经验进行设定，刚开始采集几帧数据不做处理，只进 行累积，采样频率可以预先设定。
[0060] 需要说明的是，在其他实施例中，在执行步骤1之前还需要进行参量初始化，参量 包括信号存在状态ST、帧能量阈值PWTH、帧能量低阈值PWLTH、帧能量中阈值PWMTH、帧能量 高阈值PWHTH、阵列信号相关系数阈值CFTH、频域信噪比阈值FSNRTH、最大脉冲波持续长度 阈值MAXLS，信号存在状态ST初始为0，帧能量阈值PWTH初始为根据经验确定的值或是上次 设备关机前的值，PWLTH = 1.5 X PWTH，PWMTH = 3 X PWTH，PWHTH = 6 X PWTH，相关系数阈值 CFTH = 0.3，频域信噪比阈值FSNRTH=7dB，最大脉冲波持续长度阈值MAXLS = 0.5 X f s，f s为 米样率。
[0061] 步骤102、判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则执行步骤103,若 否，则执行步骤104;
[0062]步骤103、先对所述采样声信号进行降噪处理，再计算降噪处理后的所述采样声信 号的帧能量；
[0063]步骤104、直接计算所述采样声信号的帧能量；
[0064]本实施例中，通过对现有检测技术的分析，进行信号检测时采用的是信号时域统 计量或是频域统计量，所以必须对采样信号进行一定的处理提取出可用于检测的量，本发 明采用的是求取一定帧长时域信号的能量，计算公式如下：
[0066]式(2)中，N为帧长度，x(i)，i = l，'"N时域采样序列，| ? |表示求绝对值。
[0067]本实施例中的强背景噪声包括油机噪声、车辆发动机噪声这一类的噪声，声探测 设备在使用时很多情况下需要放在发电油机旁边，或是放在有汽车行驶的路边，这都会造 成声探测设备附近环境中存在强背景噪声，有脉冲声波发出时，传声器阵列除了能拾取到 脉冲声波还会拾取到强背景噪声信号，将导致有用的脉冲声完全淹没在强噪声背景中，如 果不进行处理，靠人工视觉都无法找到脉冲声信号，很难靠自动检测算法检测出有用的脉 冲声信号，所以必须进行强背景噪声抑制。
[0068] 步骤105、根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测出各 通道的脉冲声信号。
[0069] 下面对本发明所提供的脉冲声信号检测方法的第二实施例进行描述，如图3所示， 所述脉冲声信号的检测方法包括：
[0070] 步骤201、对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信 号。
[0071] 本实施例中步骤201的执行方式可以参考步骤101的方法，具体此处不作具体限 定。
[0072]步骤202、判断所述采样声信号的时域信号是否存在周期性，若是，则执行步骤 203〇
[0073]本实施例中，采样声信号中可能包括强背景噪声，强背景噪声包括油机噪声、车辆 发动机噪声这一类的噪声，由于强背景噪声的时域信号具有周期性的特点，因此可以通过 判断采样声信号的时域信号是否存在周期性，从而确定采样声信号中是否包括强背景噪 声。例如油机工作稳定的时候，采样得到时域信号如图4所示，可以看出具有很明显的周期 性。
[0074]步骤203、对所述采样声信号的时域信号进行频域变换，若得到具有谐波关系的线 谱，则对所述具有谐波关系的线谱进行抑制。
[0075] 本实施例中，以强背景噪声为油机噪声为例进行说明，当确定采样声信号中包括 油机噪声时，对油机噪声的时域信号进行傅里叶变换得到频域信号如图5所示，可以看出具 有明显的线谱特征，并且所有的线谱频率都是基于同一个基频，图5中线谱的基频为25Hz， 声波信号经过空气传播后会有变化，谐波关系的变化不超过1Hz，这种类噪声主要能量都集 中在具有谐波关系的线谱上，所以只要对线谱进行抑制后就可以消除大部分噪声。
[0076] 对这种具有谐波的线谱噪声进行抑制首先需要在频域找出谐波集，对各次谐波确 定窄带带宽，在整个频谱范围内，保留各窄带带宽之外各频率点对应的幅值，各窄带带宽内 的各频率点对应的幅值采用样条差值的方法确定，最后进行频域反变换得到时域波形，即 为噪声抑制后的信号。
[0077] 线谱检测时，首先对信号频谱进行归一化，采用如下方法搜索谱峰：
[0078]①.检测频谱谱中的极大值local_max;
[0079] ②.在极大值动态邻域内各寻找一个极小值local_minl和localmin2，如果2 X local_max/(local_minl+localmin2)大于某个阈值，那么就认为谱峰是显著的，可以选择。
[0080] ③.按照以下公式进行谐波集检测：
[0081] frequency(k)-fmX imk | (2)
[0082]其中f requency (k)表示谱峰对应的频率，fm是假定的基频，imk对应谐波次数，e为 设定的阈值。若检测到一些频率与某一特定频率有明显的谐波关系，则认为检测到一个谐 波集，同时找到相应的基频。
[0083]当信号中不存在谐波关系时，对幅值较大的线谱进行抑制。图6所示为采集到有强 背景噪声的脉冲声时域信号，从图中可以看出脉冲声信号信噪比较低，不利于目标检测，图 7所示为噪声抑制后的时域信号，从图中可以看出脉冲声信号信噪比得到的较大的提升，有 利于后续的目标检测工作。
[0084] 步骤204、在对所述具有谐波关系的线谱进行抑制后，计算所述采样声信号的帧能 量；
[0085] 步骤205、根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测出各 通道的脉冲声信号。
[0086] 本实施例中，步骤204包括：
[0087] S2051、当所述采样声信号的存在状态为0或1时，若所述采样声信号的帧能量大于 预设的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，并将当前采样声信号放入第二缓存 中，记录当前采样声信号的起始点位置;若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值且 小于预设的最高值，则确定当前采样声信号为疑似脉冲声信号，并重新执行步骤1;若所述 采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于预设的中间值，则确定当前采样声信号为噪 声，并重新执行步骤1;
[0088] S2052、当所述采样声信号的存在状态为2时，若所述采样声信号的帧能量大于预 设的中间值且小于设于的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，，并将当前采样声 信号放入缓存中；若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于设于的中间值，则 记录当前采样声信号的结束点位置，并根据当前采样声信号的起始点位置和结束点位置计 算出当前采样声信号的长度；
[0089] S2053、当所述采样声信号的存在状态为3时，根据计算出的当前采样声信号的长 度从缓存中提取脉冲声信号。
[0090]需要说明的是，火炮等声源产生的脉冲声信号都不是理想的脉冲声，在时域上会 持续一定的时间长度，经历了从无信号、信号出现、信号持续、信号结束这样的信号存在状 态历程，相应的短时帧能量也会经历从低能量、高能量、低能量这样的信号能量状态历程， 所以在脉冲声信号检测时结合信号存在状态和信号能量状态历程提出采样双状态的检测 方法，信号能量状态由高、中、低帧能量阈值(PWLTH、PWMTH、PWHTH)确定，信号能量状态控制 信号存在状态的演化。
[0091]脉冲声信号出现前传声器接收到的都是环境噪声信号帧能量较低，所以设定低帧 能量阈值表示环境噪声能量，当帧能量大于低帧能量阈值时表示疑似信号出现，经过信号 的持续脉冲声信号必然会出现更大的帧能量，所以当帧能量大于高帧能量阈值时表示确定 信号出现，确定信号出现后，持续帧能量大于中帧能量阈值表示持续信号出现，当帧能量小 于中帧能量阈值时表示信号结束，检测完毕。
[0092]设置一定大小的缓存buffl，用于存放环境噪声数据，当buffi满时取出环境噪声 数据，计算环境噪声平均能量，将其作为帧能量阈值PWTH。由于地域、地形的影响脉冲声信 号传输到传声器接收处时会产生不同程度的混响，导致信号拖尾较长，所以设定中帧能量 门限PWMTH用于信号结束检测，PWMTH比用于检测信号出现时的低帧能量阈值PWLMTH较大， 这样在一定程度上可以减少信号的拖尾。设定较大的缓存bufT2,用于存放得到确认的脉冲 声信号，当脉冲声信号检测完毕后buff2也不会存满，所以靠记录的起始点位置XI和结束点 位置X2确定从buff 2中取出信号。
[0093]信号提取完毕并经过进一步确认后信号存在状态ST、起始点位置XI、结束点位置 X2清零复位。
[0094]参照图8,图8为本发明脉冲声检测方法的第三实施例的流程示意图。
[0095] 基于脉冲声检测方法的第一实施例，该方法还包括：
[0096] 步骤106、满足预置条件时，确定检测出的各通道的脉冲声信号为目标脉冲声信 号。
[0097] 其中，确定满足预置条件的步骤包括：
[0098] 1061、确定检出的各通道的脉冲声信号中任意两通道的脉冲声信号的相关性系数 是否大于第一预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声信号 长度是否大于第二预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声 信号的信噪比是否大于第三预设阈值，若否，则确定不满足预置条件，若是，则确定满足预 置条件。
[0099]需要说明的是，经过信号检测并提取出的脉冲声有时并目标脉冲声信号，此处的 目标脉冲声信号包括火炮声、枪声或是爆炸声，自然风引起的噪声信号被传声器接收到后 有时也是一种脉冲声，所以需要对提取的信号进一步确认。本实施例采用多通道传声器阵 元信号相关性方法判别检测到的脉冲声是否为风噪声。如果各通道传声器阵元采集到的是 同一个目标的脉冲声，那么应该都有很强的相关性;而风噪声有可能在部分传声器上引起 脉冲声，这时传声器阵元两两的相关性不会都很高，如果相关性系数小于第一预设阈值 CFTH的情况，即不满足预置条件，并认定为噪声。
[0100] 其中相关性分析步骤如下：
[0101] a.对提取的各通道时域波形进行功率谱分析，得到各通道功率谱波形，计算公式 如下：
[0104]式中，x(n)为时域采样序列，Px(w)为求得的功率谱，c(n)为窗函数。
[0105] b.计算两两通道功率谱相关系数，计算公式如下：
[0107] 式中，cov〇表示求方差，表示各通道功率谱。
[0108] c.提取最小的相关系数，判断是否小于阈值CFTH，确定提取的信号是否为风噪声。 [0109]上述相关性分析方法是在频域进行的，是因为当声阵列尺寸较大时，各阵元接收 到的目标声信号时延较大，直接在时域求相关系数也较小，如图9所示为其中3个阵元接收 到的同一个脉冲声，经过计算时域最小相关系数为〇. 07，图10为相应的功率谱波形，经过计 算频域最小相关系数为0.98,所以频域相关系数表现了阵列接收到信号真实情况。
[0110] 可选的，如果相关性系数大于第一预设阈值CFTH，则继续确定各通道的脉冲声信 号长度是否大于第二预设阈值，如果脉冲声信号的长度大于第二预设阈值，认为脉冲声信 号中存在混响，不满足预置条件，此时需要进行混响消除。
[0111] 混响消除的方法具体为:将混响空间看做是一个混响系统，声源发出的脉冲声做 为系统输入，经过反射形成混响声做为系统的输出，则该混响系统模型可表述为：
[0113] 式中，h(t)表示混响系统的脉冲响应，n(t)表示混响空间环境噪声，s(t)表示到达 混响空间的声源脉冲声，x (t)表示混响系统输出的混响声。
[0114] 从上式中可以看到，混响系统脉冲响应与声源信号在时域上是卷积关系，要想把 反射声从声源信号中去除必须解开这种卷积关系，倒谱技术即可以将卷积信号进行线性分 离成加性信号，在倒谱域声源信号一般在低频，反射信号在高频，所以在倒谱域进行低通滤 波后反变换回原信号即可得到去混响信号，计算步骤如下：
[0115] ①.对检测提取的波形进行复倒谱变换，变换公式如下：
[0116] 设检测提取的脉冲声时域采样序列为x(k)，k=l，2,…，N，序列长度为N，对序列进 行离散傅里叶变换：
[0118] 求X(k)的幅值A(k)和相位列>):
[0120] 式中，real()表示求取复信号的实部，imag()表示求取复信号的虚部，对相位供(A) 进项线性化处理得到0(4，则x(k)的复倒谱可表示为：
[0121] CX(k) =lo^(A(k)) + iq>(L } (§)
[0122] ②.对CX(k)进行低通滤波得到信号LCX(k);
[0123] ③.对LCX(k)进行复倒谱反变换得到去混响后的信号反变换过程与复倒谱 变换过程相反这里从略。
[0124] 如图11所示为实际脉冲声取混响实例，从图中可以看出原混响信号持续时间较 长，经过去混响后得以恢复原始较短的脉冲声信号。
[0125] 可选的，若确定各通道的脉冲声信号长度不大于第二预设阈值，即认为脉冲声信 号中不存在混响，进一步确定各通道的脉冲声信号的信噪比是否大于第三预设阈值，若确 定各通道的脉冲声信号的信噪比大于第三预设阈值，则认为在频域中主要能量集中在有限 带宽的频段内，即满足预置条件，从而可以确定检测出的脉冲声信号为目标声信号，该目标 声信号包括火炮声、枪声或爆炸声。
[0126] 其中，本实施例中采用频域信噪比进行判断在频域中主要能量是否集中在有限带 宽的频段内，定义频域信噪比如下：
[0128]式中，X(k)表示提取的脉冲声的离散频谱，N表示离散频谱长度，Lf表示脉冲声的 频率下限，Hf表示脉冲声的频率上限。当条件FSNR>FSNRTH满足时，最终确认检测到目标脉 冲声信号。
[0129] 步骤107、在确定满足预置条件，且确定检测出的各通道的脉冲声信号为目标脉冲 声信号之后，将所述目标脉冲声信号保存到缓存中，并记录所述目标脉冲声信号的起始位 置和结束位置，以用于根据所述起始位置和所述结束位置进行目标脉冲声信号的提取。
[0130] 步骤108、在确定不满足预置条件之后，将检测出的各通道脉冲声信号清除，并重 新执行步骤101。
[0131] 本发明实施例提供的一种脉冲声信号检测的方法，包括对传声器阵列中各通道的 脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信号，判断该采样声信号中是否存在强背景噪 声，若是，则先对该采样声信号进行降噪处理，再计算降噪处理后的该采样声信号的帧能 量;若否，则直接计算该采样声信号的帧能量，根据该采样声信号的帧能量和该采样声信号 的存在状态检测出各通道的脉冲声信号，相对于现有技术，本发明实施例在检测脉冲声信 号时可以进行降噪处理，可以有效排除环境中的噪声对检测结果的影响，从而提升检测的 脉冲声信号的概率和准确性。
[0132] 下面介绍本发明实施例中脉冲声信号检测装置的实施例。
[0133] 请参阅图12,本发明实施例中脉冲声信号的检测装置的第一实施例包括：
[0134] 采样模块201，用于对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的 米样声信号；
[0135] 判断模块202,用于判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所 述采样声信号进行降噪处理，再计算降噪处理后的所述采样声信号的帧能量;若否，则直接 计算所述采样声信号的帧能量；
[0136] 可选的，本实施例中判断模块202具体用于判断所述采样声信号的时域信号是否 存在周期性，若是，则对所述采样声信号的时域信号进行频域变换，若得到具有谐波关系的 线谱，则对所述具有谐波关系的线谱进行抑制。
[0137] 检测模块203,用于根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态 检测出各通道的脉冲声信号。
[0138] 可选的，本实施例中，检测模块203具体用于当所述采样声信号的存在状态为0或1 时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号， 并将当前采样声信号放入第二缓存中，记录当前采样声信号的起始点位置；
[0139] 若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值且小于预设的最高值，则确定当前 采样声信号为疑似脉冲声信号，并重新执行步骤1;
[0140] 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于预设的中间值，则确定当前 采样声信号为噪声，并重新执行步骤1;
[0141] 当所述采样声信号的存在状态为2时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的中 间值且小于设于的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，，并将当前采样声信号放 入缓存中；
[0142]若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于设于的中间值，则记录当前 采样声信号的结束点位置，并根据当前采样声信号的起始点位置和结束点位置计算出当前 米样声信号的长度；
[0143] 当所述采样声信号的存在状态为3时，根据计算出的当前采样声信号的长度从缓 存中提取脉冲声信号。
[0144] 参照图13,图13为本发明脉冲声检测装置的第二实施例的结构示意图。
[0145] 基于脉冲声信号检测装置的第一实施例，该装置还包括：
[0146] 第一确定模块204,用于当满足预置条件时，确定检测出的各通道的脉冲声信号为 目标脉冲声信号。
[0147] 第二确定模块205,所述第二确定模块用于确定是否满足预置条件，所述第二确定 模块具体用于确定检出的各通道的脉冲声信号中任意两通道的脉冲声信号的相关性系数 是否大于第一预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声信号 长度是否大于第二预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声 信号的信噪比是否大于第三预设阈值，若否，则确定不满足预置条件，若是，则确定满足预 置条件。
[0148] 保存模块206,所述保存模块用于在确定满足预置条件之后，将所述目标脉冲声信 号保存到缓存中，并记录所述目标脉冲声信号的起始位置和结束位置，以用于根据所述起 始位置和所述结束位置进行目标脉冲声信号的提取；
[0149] 清除模块207,用于在确定不满足预置条件之后，将检测出的各通道脉冲声信号清 除。
[0150] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前 述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前 述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些 修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种脉冲声信号的检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1:对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声信号； 步骤2:判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所述采样声信号进 行降噪处理，再计算降噪处理后的所述采样声信号的帧能量;若否，则直接计算所述采样声 信号的帧能量； 步骤3:根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测出各通道的 脉冲声信号。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述采样声信号的帧能量和所述采 样声信号的存在状态检测出各通道的脉冲声信号之后，还包括:当满足预置条件时，确定检 测出的各通道的脉冲声信号为目标脉冲声信号。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在当满足预置条件时，确定检出的各 通道的脉冲声信号为目标脉冲声信号之前还包括:确定是否满足预置条件； 所述确定是否满足预置条件包括： 确定检出的各通道的脉冲声信号中任意两通道的脉冲声信号的相关性系数是否大于 第一预设阈值，若否，则确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声信号长度是否 大于第二预设阈值，若是，则确定不满足预置条件;若否，则确定各通道的脉冲声信号的信 噪比是否大于第三预设阈值，若否，则确定不满足预置条件，若是，则确定满足预置条件。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:在当满足预置条件时，确 定检测出的各通道的脉冲声信号为目标脉冲声信号之后，将所述目标脉冲声信号保存到缓 存中，并记录所述目标脉冲声信号的起始位置和结束位置，以用于根据所述起始位置和所 述结束位置进行目标脉冲声信号的提取； 在确定不满足预置条件之后，将检测出的各通道脉冲声信号清除，并重新执行步骤1。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述采样声信号中是否存在强背 景噪声，若是，则先对所述采样声信号进行降噪处理包括： 判断所述采样声信号的时域信号是否存在周期性，若是，则对所述采样声信号的时域 信号进行频域变换，若得到具有谐波关系的线谱，则对所述具有谐波关系的线谱进行抑制。6. 根据权利要1所述的方法，其特征在于，所述根据所述采样声信号的帧能量和所述采 样声信号的存在状态检测出各通道的脉冲声信号包括： 当所述采样声信号的存在状态为〇或1时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的最高 值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，并将当前采样声信号放入第二缓存中，记录当前 采样声信号的起始点位置； 若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值且小于预设的最高值，则确定当前采样 声信号为疑似脉冲声信号，并重新执行步骤1; 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于预设的中间值，则确定当前采样 声信号为噪声，并重新执行步骤1; 当所述采样声信号的存在状态为2时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值 且小于设于的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，，并将当前采样声信号放入缓 存中； 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于设于的中间值，则记录当前采样 声信号的结束点位置，并根据当前采样声信号的起始点位置和结束点位置计算出当前采样 声信号的长度； 当所述采样声信号的存在状态为3时，根据计算出的当前采样声信号的长度从缓存中 提取脉冲声信号。7. -种脉冲声信号的检测装置，其特征在于，包括： 采样模块，用于对传声器阵列中各通道的脉冲声信号进行采样，得到各通道的采样声 信号； 判断模块，用于判断所述采样声信号中是否存在强背景噪声，若是，则先对所述采样声 信号进行降噪处理，再计算降噪处理后的所述采样声信号的帧能量;若否，则直接计算所述 采样声信号的帧能量； 检测模块，用于根据所述采样声信号的帧能量和所述采样声信号的存在状态检测出各 通道的脉冲声信号。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一确定模块，所述第一 确定模块，用于当满足预置条件时，确定检测出的各通道的脉冲声信号为目标脉冲声信号。9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二确定模块，所述第二 确定模块用于确定是否满足预置条件，所述第二确定模块具体用于确定检出的各通道的脉 冲声信号中任意两通道的脉冲声信号的相关性系数是否大于第一预设阈值，若否，则确定 不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声信号长度是否大于第二预设阈值，若否，则 确定不满足预置条件;若是，则确定各通道的脉冲声信号的信噪比是否大于第三预设阈值， 若否，则确定不满足预置条件，若是，则确定满足预置条件。10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括保存模块和清除模块，所 述保存模块用于在确定满足预置条件之后，将所述目标脉冲声信号保存到缓存中，并记录 所述目标脉冲声信号的起始位置和结束位置，以用于根据所述起始位置和所述结束位置进 行目标脉冲声信号的提取;所述清除模块用于在确定不满足预置条件之后，将检测出的各 通道脉冲声信号清除。11. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断模块具体用于判断所述采样声 信号的时域信号是否存在周期性，若是，则对所述采样声信号的时域信号进行频域变换，若 得到具有谐波关系的线谱，则对所述具有谐波关系的线谱进行抑制。12. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测模块具体用于： 当所述采样声信号的存在状态为〇或1时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的最高 值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，并将当前采样声信号放入第二缓存中，记录当前 采样声信号的起始点位置； 若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值且小于预设的最高值，则确定当前采样 声信号为疑似脉冲声信号，并重新执行步骤1; 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于预设的中间值，则确定当前采样 声信号为噪声，并重新执行步骤1; 当所述采样声信号的存在状态为2时，若所述采样声信号的帧能量大于预设的中间值 且小于设于的最高值，则确定当前采样声信号为脉冲声信号，，并将当前采样声信号放入缓 存中； 若所述采样声信号的帧能量大于预设的最低值且小于设于的中间值，则记录当前采样 声信号的结束点位置，并根据当前采样声信号的起始点位置和结束点位置计算出当前采样 声信号的长度； 当所述采样声信号的存在状态为3时，根据计算出的当前采样声信号的长度从缓存中 提取脉冲声信号。
【文档编号】G01H17/00GK106052852SQ201610384117
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】王志峰, 李志宇, 江丽, 杨博, 黄嵘, 张思凡, 蔡明 , 万众, 张皓, 罗晓松
【申请人】中国电子科技集团公司第三研究所