专利名称：一种基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法
技术领域：
本发明涉及针对水声信号处理技术领域的水下目标距离的测量方法，具体来说，涉及一种基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法。
背景技术：
测定水下目标的距离在水声技术中扮演着极其重要的角色，是水声技术中的一个重要且基本的问题，同时也是国民经济建设和国防建设的关键技术。传统的水声测距技术一般采用阵列的处理方式，具有大的孔径，以获得良好的阵增益和分辨性能。但是采用多阵元的大阵列，一方面增加了系统的开销，给基阵的设计带来不便；另一方面，在实际海水中布放时会受到诸如阵倾斜以及阵元失效等问题。此外，在某些应用方面，由于受到安装平台的限制，使得多阵元的布放无法实现。因此，若能利用单一水听器来测定水下目标的距离，就能很好地解决阵列处理时所带来的诸多不便。对于在浅海环境中传播的低频水声脉冲信号而言，受到海洋媒质的影响，会发生频散现象。频散现象使得信号的不同频率分量会以不同的群速度传播，同时受到海洋吸收和衰减的影响，造成接收波形的失真。频散一方面对发射信号进行了更为复杂的变化，引入了具有非线性时频形状的多分量结构；但另一方面，频散本身也蕴含了信号的距离信息。通过分析频散波导中所接收到的信号，可以有助于我们获取关于信号的距离信息。对于海洋波导中频散现象的研究，多集中于时频分析的方法。传统的时频分析方法如基于线性时频表示的短时傅里叶变换受不确定原理的影响，其时频分辨率较低；而基于二次型时频表示的魏格纳-威利分布等存在严重的交叉项干扰问题。针对传统时频分析方法的不足，有学者提出了基于信号的自适应径向高斯核函数的时频分析方法，能够很好地反映水声脉冲信号的短时瞬态的非平稳特性，避免了各信号分量之间的交叉项，提高了对于非平稳水声脉冲信号的分辨能力。

发明内容
技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法，该测量方法能够利用单个水听器实现浅海低频水声脉冲信号距离的准确测量。技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:—种基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法，该测量方法包括以下步骤:步骤10)单个水听器接收低频水声脉冲信号，然后对该低频水声脉冲信号的频散特征进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布进行表征，包括如下的步骤:步骤101)对单个水听器接收到的低频水声脉冲信号，根据式(I)确定相应的二维频偏-时滞域上的模糊函数Ad (m，η)；
权利要求
1.一种基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法，其特征在于:该测量方法包括以下步骤: 步骤10)单个水听器接收低频水声脉冲信号，然后对该低频水声脉冲信号的频散特征进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布进行表征，包括如下的步骤: 步骤101)对单个水听器接收到的低频水声脉冲信号，根据式(I)确定相应的二维频偏一时滞域上的模糊函数Ad (m, η)；
2.按照权利要求1所述的基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法，其特征在于，所述的步骤104)包括以下步骤: 步骤1041)设置常量参数及初值:收敛因子ε、最大迭代次数λ、初始步长μ (O)、初始 扩展向量σ (0)、步长控制因子八、常数01和02，0〈0102〈1，Δ>0,σ(0)=，其中，α表示核函数体积控制参数，Q表示离散时滞的总点数，表示径向角分辨率，[I,…，I]表示I构成的向量，T表示转置； 步骤1042)根据式(3)确定初始代价函数f( σ (O))，根据式(4)确定初始代价函数的梯度向量▽/'(()):
3.按照权利要求1所述的基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法，其特征在于，所述的步骤203)中，S为采样时间间隔Ts的10至50倍。
4.按照权利要求1所述的基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法，其特征在于，所述的步骤204)包括以下过程:当
5.按照权利要求2所述的基于互相关的水声脉冲信号双阵元定位的方法，其特征在于，所述的步骤1041)中，α的取值范围为I彡α彡5。
全文摘要
本发明公开了一种基于频散特征的低频水声脉冲信号距离的测量方法，包括步骤10)单个水听器接收低频水声脉冲信号，然后对该低频水声脉冲信号的频散特征进行具有自适应径向高斯核函数的时频分布进行表征；步骤20)提取时频分布中传播模式的频散曲线，得到模式间的到达时间差，步骤30)根据各频点下提取出的模式之间的时间差，测算声源的距离首先使用简正波模型测算出所提取出的模式，在各自频点下所对应的理论群速度值；然后在模式mc和模式nc相同的频率范围内，估计各频点下声源的距离；最后对各频点所估计出的距离进行算数平均值测算，得到声源的距离。该测量方法能够利用单个水听器实现浅海低频水声脉冲信号距离的准确测量。
文档编号G01S11/14GK103076604SQ20121059102
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者李焜, 方世良, 安良, 罗昕炜 申请人:东南大学