一种基于相位补偿的时延差估计方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于相位补偿的时延差估计方法，用于估计水声三元阵被动定位系统中不同接收阵元接收目标辐射信号的时延差，包括：在频域上对所述接收阵元间的互功率谱信号进行相位补偿；对相位补偿后的互功率谱信号进行能量求取与峰值搜索，得到时延差周期值；在相位补偿的峰值点处对相位补偿后的互谱信号按最小二乘法求取时延差修正值；将时延差周期值与时延差修正值相加，得到最终的时延差估计值。
【专利说明】-种基于相位补偿的时延差估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及声纳信号处理领域，特别涉及一种基于相位补偿的时延差估计方法。
【背景技术】
[0002] 利用水下目标所福射噪声来检测和定位目标是潜艇隐蔽发现和攻击的一种重要 手段。目前被动定位方法主要有H元阵、目标运动分析和匹配场处理3种，其中H元被动定 位法仍是潜艇声纳装备上普遍采用的被动定位方法，其关键是3个子阵接收信号之间的两 个时延差估计，原因在于时延差估计精度直接决定了对目标的定位精度。
[0003] 由于水下目标所福射噪声大多为宽带信号，信号的互相关函数通常都具有尖锐相 关峰主瓣，接收端可W通过对接收信号进行互相关来求取目标福射信号到达各阵元间的时 延差。为了突破采样率的限制，研究者提出了多种相关峰细化方法，主要分为两种类型：一 类是直接在相关函数峰值局部进行细化法，如H次样条插值法、二次样条插值法、余弦函 数插值法等，该类方法运算量小，但精度低；另一类为前期处理使相关峰细化，如MCZT法、 ZOOM-FFT法、BCZT法等，该类方法不再是对峰值局部进行插值，而是通过频域运算实现细 化，运算量大，但精度比较高。
[0004] 为了提高两路信号间时延差估计精度，J. S.贝恩达特与A. G.皮埃索尔提出用计 算两个信号的互功率谱来估计信号间的时延差，但实际应用中会出现相位模糊问题，宽容 性比较差，时延差估计精度反而不高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于现有技术中的时延差估计方法在实际应用中存在相位模糊问 题，宽容性比较差，时延差估计精度不高等缺陷，从而提供一种宽容性高、时延差估计精度 高的时延差估计方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种基于相位补偿的时延差估计方法，用于估 计水声H元阵被动定位系统中不同接收阵元接收目标福射信号的时延差，所述方法包括：
[0007] 在频域上对所述接收阵元间的互功率谱信号进行相位补偿；
[0008] 然后对相位补偿后的互功率谱信号进行能量求取与峰值搜索，得到时延差周期 值；
[0009] 接下来在相位补偿的峰值点处对相位补偿后的互谱信号按最小二乘法求取时延 差修正值；
[0010] 最后将时延差周期值与时延差修正值相加，得到最终的时延差估计值。
[0011] 上述技术方案中，所述方法进一步包括：
[0012] 步骤1)、接收阵列中的各个阵元接收目标福射信号，然后对目标福射信号进行预 处理，得到各个阵元所接收目标福射信号的频域信号；
[0013] 步骤2)、选取任意两个接收阵元，将该两个接收阵元所接收的目标福射信号的傅 里叶变换后的频域信号相乘，得到该两个接收阵元的频域互谱数据；
[0014] 步骤3)、对步骤2)所得到的频域互谱数据进行相位补偿；
[0015] 步骤4)、对步骤3)所得到的相位补偿后的结果进行能量求取，然后根据能量求取 的结果做能量峰值搜索，所得到的能量峰值点所对应的时刻值为时延差周期值；
[0016] 步骤5)、在相位补偿后所得到的能量峰值点处对相位补偿后的频域互谱数据求取 相位差，然后对相位差按照最小二乘法求取时延差修正值；
[0017] 步骤6)、将步骤4)求得的时延差周期值与步骤5)求得的时延差修正值相加，得到 步骤2)中所选取的两个接收阵元的最终时延差估计值差。
[0018] 上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的预处理包括：
[0019] 步骤1-1)、对各个阵元所接收到的目标福射信号做滤波放大；
[0020] 步骤1-2)、W-定的采样率对滤波后的信号进行离散采样；
[0021] 步骤1-3)、对离散采样结果进行傅里叶变换，得到相对应的频域信号。
[0022] 上述技术方案中，在所述的步骤3)中，对步骤2)所得到的频域互谱数据进行相位 补偿的计算公式为：
【权利要求】
1. 一种基于相位补偿的时延差估计方法，用于估计水声三元阵被动定位系统中不同接 收阵元接收目标辐射信号的时延差，所述方法包括： 在频域上对所述接收阵元间的互功率谱信号进行相位补偿； 然后对相位补偿后的互功率谱信号进行能量求取与峰值搜索，得到时延差周期值； 接下来在相位补偿的峰值点处对相位补偿后的互谱信号按最小二乘法求取时延差修 正值； 最后将时延差周期值与时延差修正值相加，得到最终的时延差估计值。
2. 根据权利要求1所述的基于相位补偿的时延差估计方法，其特征在于，所述方法进 一步包括： 步骤1)、接收阵列中的各个阵元接收目标辐射信号，然后对目标辐射信号进行预处理， 得到各个阵元所接收目标辐射信号的频域信号； 步骤2)、选取任意两个接收阵元，将这两个接收阵元所接收的目标辐射信号的傅里叶 变换后的频域信号相乘，得到这两个接收阵元的频域互谱数据； 步骤3)、对步骤2)所得到的频域互谱数据进行相位补偿； 步骤4)、对步骤3)所得到的相位补偿后的结果进行能量求取，然后根据能量求取的结 果做能量峰值搜索，所得到的能量峰值点所对应的时刻值为时延差周期值； 步骤5)、在相位补偿后所得到的能量峰值点处对相位补偿后的频域互谱数据求取相位 差，然后对相位差按照最小二乘法求取时延差修正值； 步骤6)、将步骤4)求得的时延差周期值与步骤5)求得的时延差修正值相加，得到步骤2)中所选取的两个接收阵元的最终时延差估计值差。
3. 根据权利要求2所述的基于相位补偿的时延差估计方法，其特征在于，在所述的步 骤1)中，所述的预处理包括： 步骤1-1)、对各个阵元所接收到的目标辐射信号做滤波放大； 步骤1-2)、以一定的采样率对滤波后的信号进行离散采样； 步骤1-3)、对离散采样结果进行傅里叶变换，得到相对应的频域信号。
4. 根据权利要求2所述的基于相位补偿的时延差估计方法，其特征在于，在所述的步 骤3)中，对步骤2)所得到的频域互谱数据进行相位补偿的计算公式为：
其中，仏㈧，/)』2表示频域互谱数据做相位补偿后的结 c￥sc 果，表示频域互谱数据，d为阵元间距，C为有效声速，k为相位补偿时采 样率提升倍数，为滤波器下限，fh为滤波器上限，fs为采样率。
【文档编号】G01S15/06GK104237871SQ201310228899
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】郑恩明, 孙长瑜, 陈新华 申请人:中国科学院声学研究所