一种基于模型的海洋声传播调查爆炸波自动截取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水下瞬态信号检测领域，具体设及一种基于模型的海洋声传播调查爆 炸波自动截取方法。
【背景技术】
[0002] 海洋声传播调查研究相关海域水声信道的能量衰减特性，既是水声信道物理规律 性研究的基础，又为声纳设备的设计和研制提供依据。随着海洋声学调查的发展，从中可W 发现其发展趋势是；海洋水声调查的要素越来越多、越来越精细、数据量越来越大，从而对 数据处理技术的要求也越来越高。
[0003] 爆炸声信号的检测和截取是实现高效率数据处理的关键因素。传统上对爆炸波的 信号手动截取：将数据分成小段，观察每小段的波形或计算每小段的频谱，当观察到有类似 爆炸波的信号，对信号进行截取。该样做效率低，虚警高，而且对数据处理人员专业性要求 比较高。所W，开发自动信号截取的方法是做好声学数据处理的关键技术。数据处理过程 中，对爆炸波信号自动检测与截取要求检测器有高检测概率和低虚警概率，分别对应信号 漏报低和信号虚警低。该直接影响到后期将截取到的爆炸声信号和爆炸声源记录对应的相 关工作量的大小。
[0004] 海洋声传播调查实验中，一般采用双船配置、单船和错底潜标配置，他们的共同点 是，发射船沿着固定的测线走航，同时在不同的位置投放声源，声源可能采用爆炸波、等离 子体源或有规发射信号等，接收垂直阵在固定的位置接收声源信号，该里考虑爆炸声源。
[0005] 从大量的实验数据分析可知，噪声由海洋背景噪声和脉冲状干扰组成，前者可W 近似认为是高斯噪声，后者是具有重拖尾的非高斯噪声。噪声的存在使爆炸波信号检测时 引起虚警。由于爆炸波信号的波形并不确知，需要看作为一类随机信号，导出的检验统计量 为能量检测器。当检验统计量大于设定的口限值时，我们认为检测到信号。然而由于一条 测线通常跨越数十到数百公里，信号的能量存在3?5个量级的变化，导致几十分贝信噪 比的变化，因而若采用单个口限值，在发射-接收阵距离很大时，爆炸波能量衰减大信噪比 低，导致很高的漏报。若降低口限值，在发射-接收距离小时，又由于脉冲状干扰的存在，导 致高的虚警。因此单一口限，很难满足实现海洋环境中近距离处的低虚警概率和远距离处 的高检测概率的需求，有必要采用随着距离变化的自适应能量检测口限，近发射-接收阵 距离处提高口限，W有效降低脉冲状噪声引起的虚警，远发射-接收阵距离处降低口限，W 有效提高爆炸波的检测概率。基于此，提出了一种基于模型的海洋声传播调查爆炸波自动 截取方法。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于模型的海洋声传播调查爆 炸波自动截取方法，使得对同一条测线上声传播数据爆炸波检测有较高的检测概率和较低 的虚警概率。
[0007] 一种基于模型的海洋声传播调查爆炸波自动截取方法，所述测量方法包括如下步 骤：
[000引 （1)对接收阵接收的数据，在声源-接收阵距离r。附近人工截取爆炸波数据样本， 计算每个样本所有通道滤波后爆炸波能量和平均值巨。；
[0009] (2)根据实际测量的海深、声速剖面、声源和接收阵位置、海底声学特性等信息，利 用声传播模型预报水声调查环境下声源-接收阵距离r。处的声传播损失值;
[0010] (3)读入一帖接收阵接收的数据；
[0011] (4)对每个通道数据进行滤波处理；
[0012] (5)计算各个通道能量，和所有通道能量累加和，找到能量最大位置；
[0013] (6) W最大能量位置为基准，加窗W。，利用窗外数据估计该帖数据滤波后单通道噪 声成分的平均方差0 2;
[0014] (7) W最大能量位置为基准，加窗W,，利用窗内数据计算检验统计量T ;
[0015] (8)计算窗W,的窗位置对应的时间，计算该时刻声源-接收阵之间的距离r ;
[0016] (9)根据实际测量的海深、声速剖面、声源和接收阵位置、海底声学特性等信息，利 用声传播模型预报水声调查环境下声源-接收阵距离r处的声传播损失值TLf;
[0017] (10)根据（1)似做（9)的结果预估的爆炸波截取窗W,内的总能量后，并设定检 测 口限丫 'max (r);
[0018] (11)将噪声分解为独立的高斯海洋背景噪声和脉冲状干扰的线性叠加，根据给定 的虚警概率P'M，计算只有高斯海洋背景噪声存在时的检测口限丫 '（r);
[0019] (。）根据 W下公式计算口限：丫（r) = max(丫'max(r)，丫 '（r))
[0020] (蝴如果检验统计量T大于口限值，则截取窗w,内的信号作为爆炸波信号，否则， 重复（3)?（蝴。
[0021] 所述的步骤（1)或（2)中发射-接收阵距离r。在采用爆炸声源的前提下参考值 为5?10倍接收阵布阵位置海深的距离。
[0022] 所述的步骤（2)或巧）中利用声场传播模型预报不同声源-接收阵距离处的声传 播损失值的具体方法为；首先，从接收数据中，人工截取n个爆炸波信号样本，分别做离散 傅里叶变换，频谱归一化后求平均得到声源信号频谱；利用声传播模型计算并合成该声源 在不同接收位置的宽带信号，计算宽带声源信号在相应声源-接收位置处的声传播损失， 并对不同接收水听器深度的声传播损失取平均。
[0023] 所述的步骤（1)或步骤（4)中滤波器为高通滤波器，滤波器的截止频率根据噪声 或干扰占据的主要频带范围确定，截止频率取为有效噪声或干扰频带的上限，例如取lOOHz 或 200Hz。
[0024] 所述的步骤巧）中所有通道能量累加和计算方法为；首先，对每个通道信号按同 样的时间窗分段，计算每小段内能量，分段长度根据数据特征设置，然后，将不同通道同一 时间窗对应的段内能量累加，得到所有通道能量累加和。
[0025] 所述的步骤化）中平均方差的计算方法为；首先，W最大能量位置为基准加窗W。， 窗长应使得当存在爆炸波时将爆炸波全部包含在窗内；然后，