一种次声源的定向定速方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种次声源的定向定速方法及系统，所述方法包含：步骤101）采用统计分析的方法，通过正态分布模型求解出有效时延范围，即依据时延和的均值剔除所有时延量中的野值进而选取出有效的时延量；步骤102）基于有效时延量，利用时延算法对次声源进行定向和定速处理，得到每个子监测网络对待测次声源的定向和定速处理结果。上述方法还包含：步骤103）对每个子监测网络获得的定向处理结果采用统计综合的方法排除干扰次声波源，完成对待测目标次声源的优化定向。本方法简单可靠，对次声监测阵型、监测时间没有苛刻的要求，同时可以排除传感器和数字化仪器的自噪声、子网布设周边其他次声源产生次声的干扰。
【专利说明】一种次声源的定向定速方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及声学测量领域，具体地说，本发明涉及一种次声源的定向定速方法及系统。
【背景技术】
[0002]利用次声传感器网络确定次声源的方法是通过布设次声传感器网络接收采集次声信息，利用网络内的传感器之间的时延，使用时延计算的方法对源头进行定向计算。但是，在传统的定源方法中，次声传感器测量仪器和数字化网络传输采集仪器自噪声会对计算的时延量产生偏差；同时由于布设传感器监测阵的随机性，网络周边环境的次声源产生的次声会对目标定向产生很大的随机干扰；因此在实际测量中，上述原因会对次声监测网络的定向和定速计算结果产生很大的干扰，有时甚至无法发现真正的目标次声源。
【发明内容】
[0003]本发明的目在于，提供一种次声统计定向方法，通过这种方法可以准确的确定次声源来波方向，排除测量和采集仪器的自噪声产生的干扰和监测网络环境其他次声源产生的随机干扰，实现目标增强的作用，为实际确定次声源方位提供依据。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了一种次声源的定向定速方法，该方法基于设置于待测目标次声源附近的次声监测网络子系统敏感到的次声源信息，所述方法包含:
[0005]步骤101)采用统计分析的方法，基于敏感到的次声源信息通过正态分布模型求解出有效时延范围，即依据时延和的均值剔除所有时延量中的野值进而选取出有效的时延量，;
[0006]步骤102)基于有效时延量，利用时延算法对次声源进行定向和定速处理，得到每个子监测网络对待测次声源的定向和定速处理结果。
[0007]上述方法还包含:
[0008]步骤103)对每个子监测网络获得的定向处理结果采用统计综合的方法排除干扰次声波源，完成对待测目标次声源的优化定向。
[0009]上述步骤101)进一步包含:
[0010]步骤101-1)用于获得每个子监测网络中的布设的所有次声传感器对的时延值的步骤，具体为:
[0011]将第m个子监测网络中的J个次声传感器分别编号为:传感器1、传感器2……传感器“J-1”至传感器J，并依据编号将次声传感器划分为若干对得到次声传感器对，所述次声传感器对具体为:第1次声传感器对依次包含传感器I和传感器2,第2次声传感器对依次包含传感器2和传感器3，依次类推，第“L-1 ”次声传感器对依次包含传感器“ J-1 ”和传感器J，第L次声传感器对依次包含传感器J和传感器I ;
[0012]将J个次声传感器采集的所有次声数据Sm化分段成N段，每一段表示为Snm,并计算第m个子监测网络的所有次声传感器对的时延值τπη1，得到初始时延值集合，且所述时延值τπη1均为次声波顺序到达每对次声传感器对中包含的各次声传感器的时刻的差值；
[0013]其中，m为任意一个子监测网络的编号，其取值的最大值为在待测次声源目标附近布置的子监测网络的总个数，η = 1，2，...，N且I为次声传感器采集数据划分成数据段的起始编号，其取值的最大值为次声传感器采集数据划分数据段的总个数，I = 1，2，..，L且I为子网中的传感器对起始编号，其取值的最大值为子网中传感器对编号的总个数；
[0014]步骤101-2)对于每个子监测网络，用于通过计算所有时延值和的均值确定时延值的有效范围，并从初始时延值集合中剔除时延量中的野值的步骤，具体为:
[0015]步骤101-2-1)计算第m个子监测网络中的次声传感器对的时延值的和；
[0016]步骤101-2-2)对求得的和值进行统计分析求出时延值和的正态分布均值μ mn，并根据次声传感器的工作采样率f选取门限值“ δ = 1/f”；
[0017]步骤101-2-3)将初始时延值集合中在“ μ ?土 δ ”范围之外的时延值剔除，得到有效的时延值集合。
[0018]上述步骤102 )进一步包含:
[0019]步骤102-1)建立每个子监测网络的坐标系，具体步骤为:
[0020]将每个子监测网络的次声传感器组成的几何形状的中心作为坐标系原点，横坐标指向正东，纵坐标指向正北；
[0021]步骤102-2)根据时延定向理论，由剔除野值后的有效时延量集合计算得到次声波到达第m个子监测网络的次声波来波方向角度信息Θ.和速度信息Vnm，具体计算公式为:
【权利要求】
1.一种次声源的定向定速方法，该方法基于设置于待测目标次声源附近的次声监测网络子系统敏感到的次声源信息，所述方法包含: 步骤101)采用统计分析的方法，基于敏感到的次声源信息通过正态分布模型求解出有效时延范围，即依据时延和的均值剔除所有时延量中的野值进而选取出有效的时延量；步骤102)基于有效时延量，利用时延算法对次声源进行定向和定速处理，得到每个子监测网络对待测次声源的定向和定速处理结果。
2.根据权利要求1所述的次声源的定向定速方法，其特征在于，所述方法还包含: 步骤103)对每个子监测网络获得的定向处理结果采用 统计综合的方法排除干扰次声波源，完成对待测目标次声源的优化定向。
3.根据权利要求1所述的次声源的定向定速方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含: 步骤101-1)用于获得每个子监测网络中的布设的所有次声传感器对的时延值的步骤，具体为: 将第m个子监测网络中的J个次声传感器分别编号为:传感器1、传感器2……传感器“J-1”至传感器J，并依据编号将次声传感器划分为若干对得到次声传感器对，所述次声传感器对具体为:第1次声传感器对依次包含传感器I和传感器2，第2次声传感器对依次包含传感器2和传感器3，依次类推，第“L-1 ”次声传感器对依次包含传感器“ J-1 ”和传感器J，第L次声传感器对依次包含传感器J和传感器I ; 将J个次声传感器采集的所有次声数据Sm化分段成N段，每一段表示为Smn，并计算第m个子监测网络的所有次声传感器对的时延值τπη1，得到初始时延值集合，且所述时延值τ mnl均为次声波顺序到达每对次声传感器对中包含的各次声传感器的时刻的差值； 其中，m为任意一个子监测网络的编号，其取值的最大值为在待测次声源目标附近布置的子监测网络的总个数，η = 1，2，...，N且I为次声传感器采集数据划分成数据段的起始编号，其取值的最大值为次声传感器采集数据划分数据段的总个数，I = 1，2，...，L且I为子网中的传感器对起始编号，其取值的最大值为子网中传感器对编号的总个数； 步骤101-2)对于每个子监测网络，用于通过计算所有时延值和的均值确定时延值的有效范围，并从初始时延值集合中剔除时延量中的野值的步骤，具体为: 步骤101-2-1)计算第m个子监测网络中的次声传感器对的时延值的和； 步骤101-2-2)对求得的和值进行统计分析求出时延值和的正态分布均值Umn，并根据次声传感器的工作采样率f选取门限值“ S = 1/f”； 步骤101-2-3)将初始时延值集合中在“ μ mn± δ ”范围之外的时延值剔除，得到有效的时延值集合。
4.根据权利要求1所述的次声源的定向定速方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含: 步骤102-1)建立每个子监测网络的坐标系，具体步骤为: 将每个子监测网络的次声传感器组成的几何形状的中心作为坐标系原点，横坐标指向正东，纵坐标指向正北； 步骤102-2)根据时延定向理论，由剔除野值后的有效时延量集合计算得到次声波到达第m个子监测网络的次声波来波方向角度信息Θ.和速度信息Vnm，具体计算公式为:
5.根据权利要求4述的次声源的定向定速方法，其特征在于，所述步骤103)进一步包含: 步骤103-1)任意选取一个参考点A，将第m个子监测网络的坐标原点与参考点A连线与正东之间夹角角度表示为θπ(ι，将所述θπη转换为与θπ(ι之间的相对角度θ’πη，将相对角度Θ ’mn划分为K段，并依据相对角度统计第m个子监测网络相对角度的比率量Pmk，所述相对角度Θ’.计算如下
6.一种次声源的定向定速系统，其特征在于，所述系统包含:设置于待测目标次声源附近的次声监测网络子系统和次声定向定速处理子系统，且所述次声监测网络划分为若干子监测网络， 每个子监测网络进一步包含: 次声传感器，用于敏感到次声源信息；和 数字化网络传输设备，用于将次声传感器敏感到的次声信息进行存储并传输至次声定向定速子系统； 所述定向定速子系统，用于基于各子监测网络测量的次声信息对待测次声目标进行定速定向测量，且该定向定速子系统进一步包含: 时延量剔除模块，用于采用统计分析的方法，通过正态模型求解出有效时延范围，同时剔除时延量的野值，即通过时延和的均值确定时延有效范围，选取有效的时延量，剔除时延量中的野值；和基于有效时延量的定速定向模块，用于基于有效时延值集合，利用时延算法对次声源进行定向和定速处理，得到每个子监测网络对待测次声源的定向和定速处理结果。
7.根据权利要求6所述的次声源的定向定速系统，其特征在于，所述定向定速子系统还包含: 干扰次声处理模块，用于对定向处理结果采用统计综合的方法排除干扰次声波源。
8.根据权利要求6所述的次声源的定向定速系统，其特征在于，所述时延量剔除模块进一步包含: 次声传感器对设置子模块，用于将子监测网络设置的所有J个次声传感器顺序编号为:传感器1、传感器2……传感器“J-1”至传感器J，并依据编号将次声传感器划分为若干对得到次声传感器对； 其中，所述次声传感器对具体为:第1次声传感器对依次包含传感器I和传感器2，第2次声传感器对依次包含传感器2和传感器3，依次类推，第“L-1 ”次声传感器对依次包含传感器“ J-1 ”和传感器J，第L次声传感器对依次包含传感器J和传感器I ; 时延值统计子模块，用于获得次声波顺序到达次声传感器对包含两个次声传感器之间的时延值，得到初始时延值集合；和 有效时延值集合确 定子模块，依据时延值的和的均值从初始时延值集合中剔除时延值中的野值后得到有效的时延值，这些有效的时延值组成有效的时延值集合用于进行次声波的定速定向处理。
9.根据权利要求6所述的次声源的定向定速系统，其特征在于，所述基于有效时延量的定速定向模块进一步包含: 坐标系建立子模块，用于建立每个子监测网络定向定速的坐标系，具体为:将每个子监测网络的次声传感器组成的几何形状的中心作为坐标系原点，横坐标指向正东，纵坐标指向正北；和 次声波来波方向和速度获取子模块，用于根据时延定向理论，由剔除野值后的有效时延量计算得到次声波到达第m个子监测网络的次声波来波方向角度信息θπη和速度信息Vnm，具体计算公式为:
10.据权利要求9所述的次声源的定向定速系统，其特征在于，所述干扰次声处理模块进一步包含: 获取子监测网络的相对角度比率子模块，用于任意选取一个参考点A，将第m个子监测网络的坐标原点与参考点A连线与正东之间夹角角度为θπ(ι，将Θ.转换为与θπ(ι之间的相对角度θ’_，并将相对角度Θ’.划分为K段，并依据相对角度统计第m个子监测网络相对角度的比率量Pnik,所述相对角度Θ ’ m计算如下:
【文档编号】G01S3/82GK103941224SQ201310021290
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月21日 优先权日:2013年1月21日
【发明者】冯浩楠, 杨亦春, 滕鹏晓, 吕君 申请人:中国科学院声学研究所