一种基于单矢量潜标的线谱信号目标自动检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于单矢量潜标的线谱信号目标自动检测方法。
【背景技术】
[0002] 自动检测技术是随着计算机的出现而发展起来的一门新兴学科，应用十分广泛。 自动检测技术可以利用计算机的优秀资源，通过特定的软件算法编程，实现对目标信号的 自动分析、检测及测量功能，这样可以显著提高系统的效率，减少因人工判决而耗费资源、 工作量和时间，更适用于无人职守和全天候监测的应用场合。
[0003] 矢量水听器具有与频率无关的指向性特点，利用单个矢量水听器即可以实现对低 频目标的方位估计，近年来得到了广泛的关注。矢量潜标系统是一种可广泛布放于海洋的 声学测量系统，可以完成恶劣海况下的长期、定点、连续、多层面水下声学信号的测量任务。 水下声源目标在低频都存在丰富的线谱特征，线谱往往要高出连续谱十几分贝甚至更高， 因此在低频利用线谱检测的方式更容易实现对目标的远距离检测。线谱往往会存在一定的 不稳定性，如频率的不稳定性（机械抖动和运动多普勒导致的频偏），能量不稳定性（传播 引起的干涉现象），这些因素都为线谱检测带来了一定的难度。
[0004] 经过文献检索发现，有文献对矢量方位估计和a滤波技术问题进行了研究：
[0005] 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).(以下简称文献1)
[0006] 梅继丹，噪声目标被动测向问题研究.[M].哈尔滨工程大学硕士学位论 文.2006. 3.(以下简称文献2)
[0007] 本发明采用了文献1中的互谱直方图统计方位解算公式进行方位估计。采用了文 献2中第三章3. 3. 4节的a滤波技术用于双向a滤波连续谱包络提取。但是上述文献都 未给出线谱自动检测方法，仅仅是对方位等测量方法的研究。无法解决线谱目标的自动检 测问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种能解决因线谱存在的不稳定性和能量不稳定性导致 的难以实现线谱目标的自动检测问题的基于单矢量潜标的线谱信号目标自动检测方法。
[0009] 本发明的目的是这样实现的：
[0010] 步骤一、一级检测：
[0011] 将谱数据作为输入，经一级检测输出当前时刻谱数据中过门限线谱的个数、频率 以及方位信息；
[0012] 步骤二、二级检测：
[0013] 对步骤一一级检测后输出的过门限线谱进行时间上的动态累计，统计每个一级检 测过门限线谱的过门限次数，并将过门限线谱的频率以及方位信息缓存至跟踪线谱缓存区 域，用于与下一时刻一级检测过门限线谱的频率以及方位信息进行对比；
[0014] 步骤三、线谱自动跟踪过程启动：
[0015] 当二级检测中统计得到的过门限线谱的过门限次数大于计数门限（c〇Unt_Max) 时，启动自动跟踪过程；当过门限线谱的过门限时间累计数小于丢失计数门限时确定为目 标丢失，关闭自动跟踪过程；
[0016] 步骤四、线谱合并及结果输出：
[0017] 将满足自动跟踪过程启动条件的各线谱对应的方位角两两做差形成方位角之差， 将方位角之差小于线谱合并角度门限（thetaDT)的两个过门限线谱确定为同一目标的过 门限线谱，并将这两个过门限线谱进行合并，取这两个过门限线谱方位角的平均值作为合 并方位值，至此得到最终的目标个数及方位信息，并输出。
[0018] 本发明的有益效果为：
[0019] 本发明基于单矢量潜标系统提出线谱信号目标自动检测方法，在步骤一中，采用 双向a滤波的方法获得连续谱包络信息，即正反各做一次滤波，因输入、输出对应关系的 计算公式是固定的，不同的输入可以得到不同的输出，当把声压通道频谱数据作为输入时， 就可以提取连续谱的变化趋势，与直接设定固定门限的方法相比，可以更好的剔除连续谱 背景对线谱检测的影响，避免因固定门限设置不合理带来的大片连续谱信息残留。进而获 得更干净的线谱输出结果。步骤二以及步骤三中，采用时间上动态累计的方法，对线谱过门 限的次数进行时间上的动态累计，设定时间累积统计数门限，对同一线谱当累计数大于门 限时才判定其为需要跟踪线谱，此时该线谱是多次稳定过门限的，能够显著降低因噪声或 瞬态干扰引起的偶发过门限虚警。
[0020] 以此针对从舰船目标低频线谱的特点，设计出能够进行多级线谱自动检测的方 法，充分利用线谱检测的高信噪比优势，同时又能克服线谱的多种不稳定性因素，实现对线 谱目标的自动检测功能。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明进行线谱自动检测信号处理总体框图；
[0022] 图2为本发明涉及的各级检测信号处理流程框图；
[0023] 图3为本发明涉及的适量水听器xy向坐标定义图；
[0024] 图4为本发明涉及的双向a滤波器原理图；
[0025] 图5为本发明涉及的二级检测信号处理流程图；
[0026] 图6为本发明设计的目标自动跟踪信号处理流程图；
[0027] 图7为本发明涉及的多线谱目标合并流程图。
【具体实施方式】
[0028] 下面举例对本发明做更详细的描述。
【具体实施方式】 [0029] 一：
[0030] 本实施方式的基于单矢量潜标的线谱信号目标自动检测方法，所述检测方法通过 以下步骤实现：如图1、图2所示，
[0031] 步骤一、一级检测：
[0032] 将谱数据作为输入，经一级检测输出当前时刻谱数据中过门限线谱的个数、频率 以及方位信息；
[0033] 步骤二、二级检测：
[0034] 对步骤一一级检测后输出的过门限线谱进行时间上的动态累计，统计每个一级检 测后过门限线谱的过门限次数，用于下面第三级检测，并将过门限线谱的频率以及方位信 息缓存至跟踪线谱缓存区域，用于与下一时刻一级检测过门限线谱的频率以及方位信息进 行对比；
[0035] 步骤三、线谱自动跟踪过程启动：
[0036] 当二级检测中统计得到的过门限线谱的过门限次数大于计数门限（c〇Unt_Max) 时，启动自动跟踪过程；当过门限线谱的过门限时间累计数小于丢失计数门限时确定为目 标丢失，关闭自动跟踪过程；
[0037] 步骤四、线谱合并及结果输出：
[0038] 将满足自动跟踪过程启动条件的各线谱对应的方位角两两做差形成方位角之差， 将方位角之差小于线谱合并角度门限（thetaDT)的两个过门限线谱确定为同一目标的过 门限线谱，并将这两个过门限线谱进行合并，取这两个过门限线谱方位角的平均值作为合 并方位值，至此得到最终的目标个数及方位信息，并输出。
【具体实施方式】 [0039] 二：
[0040] 与【具体实施方式】一不同的是，本实施方式的基于单矢量潜标的线谱信号目标自动 检测方法，步骤一所述经一级检测输出当前时刻谱数据中过门限线谱的个数、频率以及方 位信息的过程为，如图2所示线谱自动检测各级信号处理框图中的一级检测框图，
[0041] 步骤一一、将声压通道信号P依次通过快速离散傅里叶变换运算方法FFT、平均周 期图方法的处理，获得稳定的频谱曲线；
[0042] 步骤一二、将稳定的频谱曲线取对数，之后利用双向a滤波的方法获得连续谱包 络；
[0043] 步骤一三、在连续谱包络基础上通过加固定值的一级检测门限DT的方法去除连 续谱干扰背景，获得一级检测的线谱输出，进一步经过线谱提取统计具体的过门限线谱的 个数Num以及过门限线谱频率匕，并将过门限线谱按照过门限频率仁由小到大的顺序排列 为过门限线谱序列；
[0044] 步骤一四、同时，利用矢量水听器接收到的声压通道信号P和振速通道信号，采用 频域互谱法对步骤一三获得的过门限线谱序列进行方位估计，并将方位估计得到的过门限 线谱方位信息按照对应的过门限线谱序列的顺序排列。
【具体实施方式】 [0045] 三：
[0046] 与【具体实施方式】二不同的是，步骤一二所述利用双向a滤波的方法获得连续谱 包络的过程是，采用双向a滤波的方法获得连续谱包络，具体实现流程如图4所示，
[0047] 首先，设定测量频段为4~fH，4和f"分别为频率下限和频率上限；
[0048] 然后，根据功率谱计算结果采用双向滤波器的双向a滤波计算公式：
[0049] Y(k) =Y(k-1) +a[X(k)-X(k-1)]提取连续谱趋势；其中，X(k)表示滤波器的输入 序列，Y(k)表示双向滤波器的输出序列，k代表序列中