专利名称：基于声级差的定向方法
技术领域：
本发明涉及声测向技术，主要是一种基于声级差的定向方法。
背景技术：
现在常用的声测向技术主要是基于不同阵元接收信号的时延差或相位差，如波束 形成方法，基于时延的定向方法等，其中时延估计方法主要有直接相关法，广义相关法，相 位谱法，参量模型时延估计法和自适应滤波法，后来出现一些改进的算法如高阶统计量法
等。基于时延或相位的定向算法由于exp(_/2;r/iSin0)项的周期性，当信号频率过高时，会
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产生角度模糊，无法确定目标的真实方位；并且对于高频信号，阵元位置很小的测量误差就 会严重影响其估计精度，故对阵元位置的测量精度要求比较高或需要对各阵元数据进行相 位校准。人类左右耳的间距约为0. 2m，其处理的频带范围却可以达到20 20000Hz，远远
超过了产生角度模糊的频带范围，研究表明这主要是人耳对高频信号采用双耳接收信号的 声级差来进行定向的，从而为解决高频信号的角度模糊问题提供了启发。

发明内容
本发明的目的正是要克服上述技术的不足，而提供一种基于声级差的定向方法， 利用传感器接收的信号来估计目标方位，并进行实时跟踪的技术方案，特别适合于高频信 号的情况，阵型设计简单，由于不涉及信号的相位与时延信息有效的避免的角度模糊问题 及精确布阵的限制。本发明解决其技术问题采用的技术方案为了避免高频信号定向过程中的角度模 糊问题及布阵误差对定向精度的影响，此方案提出一种阵型结构来引入不同阵元接收信号 的声级差(或强度差)，并给出利用不同阵元接收信号的声级差来估计目标方位的算法，可 以精确的估计目标的方位而不会产生角度模糊。这种基于声级差的定向方法，包括如下步 骤使用两个或多个有指向性水听器进行布阵，采用声轴方向有一定开角的有指向性水听 器来接收信号，来引入不同阵元接收信号的声级差，根据水听器的指向性图和声轴方向的 开角得到声级差与目标方位对应关系图；通过信号处理模块对不同阵元接收信号进行时频 变换，计算对应的时频点模的比值，并对此比值进行柱状统计来计算不同目标对应的声级 差，根据此声级差及前面得到的声级差与目标方位的对应关系来计算目标的方位。所述的开角大小根据目标扫描范围及水听器指向性图来确定，取指向性函数主瓣 宽度的一半，在0 80度范围内。基于声级差的定向算法的具体过程如下(1)、对两个阵元接收的信号\(0，分别进行短时傅里叶变换得^(k，q), X2 (k, q)，为短时傅里叶变换后的复数表示，其中k表示频点，q表示时间点，并求得对应时频点的声级差
权利要求
1.一种基于声级差的定向方法，其特征是包括如下步骤使用两个或多个有指向性 水听器进行布阵，采用声轴方向有一定开角的有指向性水听器来接收信号，利用不同阵元 接收信号存在声级差，根据水听器的指向性图和声轴方向的开角得到声级差与目标方位对 应关系图；通过信号处理模块对不同阵元接收信号进行时频变换，计算对应的时频点模的 比值，并对此比值进行柱状统计来计算不同目标对应的声级差，根据此声级差及前面得到 的声级差与目标方位的对应关系来计算目标的方位。
2.根据权利要求1所述的基于声级差的定向方法，其特征是开角大小根据目标扫描 范围及水听器指向性图来确定，取指向性函数主瓣宽度的一半，在0 80度范围内。
3.根据权利要求1所述的基于声级差的定向方法，其特征是(1)、对两个阵元接收的信号&(0，x2(t)分别进行短时傅里叶变换得X1 (k，q), X2(k, q)，为短时傅里叶变换后的复数表示，其中k表示频点，q表示时间点，并求得对应时频点的声级差ILD(k,q) = 20hg10>O)、对不同频点的声级差用柱状图统计，各频点柱状图中峰值的位置对应的声级差坐 标，即为在频点的声源对应的声级差ILD (k，θ ρ，其中k表示频点，θ j表示此声级差对应 的方位角；(3)、计算或测量两个水听器各频点的指向性函数图I(fk，θ )，以dB为单位，其中fk为 频点k对应的频率人Fs表示采样频率，N表示短时傅里叶变换的数据点数，θ为方 位角，将两指向性函数图相减得到角度与声级差的对应图ILD(fk，θ)；(4)、将对应的ILD(k，θ ρ 与 ILD(fk，θ )
4.根据权利要求1所述的基于声级差的定向方法，其特征是对于主动声纳，先对两阵元的信号进行拷贝相关处理
全文摘要
本发明公开了一种基于声级差的定向方法，包括如下步骤使用两个或多个有指向性水听器进行布阵，采用声轴方向有一定开角的有指向性水听器来接收信号，不同阵元接收信号存在声级差，根据水听器的指向性图和声轴方向的开角得到声级差与目标方位对应关系图；通过信号处理模块对不同阵元接收信号进行时频变换，计算对应的时频点模的比值，并对此比值进行柱状统计来计算不同目标对应的声级差，根据此声级差及前面得到的声级差与目标方位的对应关系来计算目标的方位。本发明有益的效果是阵型设计简单，由于不涉及信号的相位与时延信息有效的避免的角度模糊问题及精确布阵的限制。
文档编号G01S3/802GK102121982SQ20101058184
公开日2011年7月13日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者陈伏虎, 黄迪 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所