利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于信号探测领域，为提高主动声呐声源伪装隐蔽的能力，降低其被截获的概率；使发射信号具有接近于Costas跳频矩形脉冲信号的优越性能；为此，本发明专利技术采取的技术方案是，利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法及装置，包括下列步骤：第一步：定义脉冲信号的能量最大值频率点第二步：主动声呐Costas-Like跳频信号的产生方法：按应用需要是指脉冲信号序列组间的发送顺序为连续或交替发送方式。利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生装置，包括：命令接口、鲸声Costas编码产生器、鲸声脉冲样本库存储器、鲸声放大输出器、发声传感器。本发明专利技术主要应用于信号探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号探测领域；具体讲，涉及利用利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法及装置。技术背景常规主动声呐系统采用的声源发射信号形式一般有单载频矩形脉冲信号、线性调频矩形脉冲信号、伪随机编码调相矩形脉冲串信号等。单载频矩形脉冲信号容易产生、便于处理，但是在距离率和速度分辨率两方面，它不能同时兼顾。线性调频矩形脉冲信号可实现脉冲压缩，解决了信号能量和距离分辨率之间的矛盾，但由于它的距离和速度之间存在耦合关系，仍然无法提供联合高分辨率。较之前面两种信号，伪随机编码调相矩形脉冲串信号的模糊函数更接近理想的图钉形，能同时获得高距离和高速度分辨率，但它的旁辦较高，检测能力受到了限制。而Costas跳频信号(见文献[1-2])具有接近图钉形的理想模糊函数：主瓣高而尖锐，副瓣低而平坦，并且不存在模糊旁瓣和距离－速度耦合问题，因而具有优越的性能；此外，Costas信号作为一种跳频信号，具有很强的抗干扰性能及较低的截获概率(即较高的隐蔽性)。但是，不管是单载频矩形脉冲信号、线性调频矩形脉冲信号、伪随机编码调相矩形脉冲串信号，还是Costas跳频信号等，它们都属于常规的声呐信号，都具有如下共同特点：信号包络为矩形脉冲，包络内调制信号为单频正弦波或频率线性变化的正弦波，信号的时频特点简单，易于识别、分类和定位。这些共同特点使得基于这些信号形式的主动声源易于被敌方侦察系统探测、识别和跟踪，成为被攻击的对象，从而对其生存能力构成严重的威胁。针对以上问题，本专利技术一方面采用抹香鲸群(sperm whales)声脉冲信号作为主动声源的发射信号，提高声源的伪装性和隐蔽性；另一方面，根据抹香鲸群声信号的特点和规律，对抹香鲸群声脉冲发射信号按一定的方法进行排列，使发射出去的抹香鲸群声脉冲信号具有类似于Costas跳频信号(本专利技术中将此类信号称为Costas-Like信号)的特点，以便后续通过匹配滤波技术对接收到的信号进行处理，使其表现出接近于Costas信号的优越性能。说明：海洋中大多数的鲸类都是群居动物(见文献[3-5])，他们在活动的过程中会不停地发出脉冲信号，这些脉冲信号的包络随机变化，没有固定的规律，包络内调制信号为复杂的宽带信号，信号非平稳，时频特性复杂；因此，与常规的主动声呐信号有较为明显的区别，不易被识别为主动声呐信号。[1]魏玺章,刘振,邓斌,黎湘,Costas编码跳频宽带雷达信号测速技术研究[J].电子学报,38(10):2426-2429,2010.[2]姚建国，黄清，Costas序列在多用户雷达系统中的应用研究[J].通信学报,31(5):60-72,2010.[3]Hal Whitehead and Linda Weilgart,Patterns of visually observable behaviour and vocalizations in groups of female sperm whales[J],Behaviour,vol.118,no.3/4,pp.275-296,Sep.,1991.[4]http://www.nmfs.noaa.gov/pr/species/mammals/cetaceans/killerwhale.htm[5]http://news.nationalgeographic.com/news/2013/13/130425-humpback-whale-culture-behavior-sc ience-animals/
技术实现思路
为克服现有技术的不足，提高主动声呐声源伪装隐蔽的能力，降低其被截获的概率；使发射信号具有接近于Costas跳频矩形脉冲信号的优越性能；为此，本专利技术采取的技术方案是，利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法，包括下列步骤：第一步：定义脉冲信号的能量最大值频率点根据①同一只抹香鲸可发出多种信号包络不一样的脉冲信号，且不同种类脉冲信号的能量最大值频率点主要分布在100Hz-12KHz之间；相同脉冲信号之间的自相关性大，不同种类脉冲信号之间的互相关性小，②一些类型脉冲声信号的高能量频率点只有一个，另一些类型脉冲声信号的高能量频率点有两个，其它一些类型脉冲声信号的高能量频率点有多个；定义不同类型脉冲声信号为具有不同包络、不同能量最大值频率点的脉冲信号；定义脉冲信号的能量最大值频率点是指对一个脉冲信号进行快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation,FFT)后，得到的幅度最大值处所对应的频率点fb(b＝1,2,3,L，且b≤10000)；第二步：主动声呐Costas-Like跳频信号的产生方法：找到一些脉冲信号的能量最大值频率点之间近似满足如下关系，即fi,2≈2fi,1，fi,3≈3fi,1，fi,4≈4fi,1，fi,5≈5fi,1，fi,6≈6fi,1，fi,7≈7fi,1，……，fi,k≈kfi,1；其中fi,k≠fj,k,i≠j,k的大小可根据实际需要进行设定，且定义fi,1,fi,2,fi,3,fi,4,L,fi,k为一组；选择多个符合上述能量最大值频率点之间近似满足如下关系，即fi,2≈2fi,1，fi,3≈3fi,1，fi,4≈4fi,1，fi,5≈5fi,1，fi,6≈6fi,1，fi,7≈7fi,1，……，fi,k≈kfi,1的脉冲信号组；以fi,k的大小为依据，将每组内的脉冲信号按Costas编码规律进行排列，形成多个类似于Costas跳频规律的脉冲信号序列组；将类似于Costas跳频规律的脉冲信号序列组称为Costas-Like跳频信号；将多组Costas-Like跳频信号按应用需要进行排列后，通过主动声呐声源系统进行发送。按应用需要是指脉冲信号序列组间的发送顺序为连续或交替发送方式。利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生装置，包括：命令接口、鲸声Costas编码产生器、鲸声脉冲样本库存储器、鲸声放大输出器、发声传感器；命令接口将接收到的控制命令传送到鲸声Costas编码产生器；鲸声Costas编码产生器根据接收到的指令，从鲸声脉冲样本库存储器中选择符合应用要求的鲸声脉冲信号组，然后，再将所选的鲸声脉冲信号组按Costas编码方式完成编码后，发送给鲸声放大输出器放大后，由发声传感器将声信号发送出去。鲸声脉冲样本库存储器存储有：(1)同一种类的鲸群所产生的鲸声脉冲信号组，且以每个脉冲信号的能量最大值频率点为依据时，每组鲸声脉冲信号满足Costas编码的要求；(2)不同种类的鲸群所产生的鲸声脉冲信号组，且以每个脉冲信号的能量最大值频率点为依据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法，其特征是，包括下列步骤：第一步：定义脉冲信号的能量最大值频率点根据①同一只抹香鲸可发出多种信号包络不一样的脉冲信号，且不同种类脉冲信号的能量最大值频率点主要分布在100Hz‑12KHz之间；相同脉冲信号之间的自相关性大，不同种类脉冲信号之间的互相关性小，②一些类型脉冲声信号的高能量频率点只有一个，另一些类型脉冲声信号的高能量频率点有两个，其它一些类型脉冲声信号的高能量频率点有多个；定义不同类型脉冲声信号为具有不同包络、不同能量最大值频率点的脉冲信号；定义脉冲信号的能量最大值频率点是指对一个脉冲信号进行快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation,FFT)后，得到的幅度最大值处所对应的频率点fb(b＝1,2,3,L，且b≤10000)；第二步：主动声呐Costas‑Like跳频信号的产生方法：找到一些脉冲信号的能量最大值频率点之间近似满足如下关系，即fi,2≈2fi,1，fi,3≈3fi,1，fi,4≈4fi,1，fi,5≈5fi,1，fi,6≈6fi,1，fi,7≈7fi,1，……，fi,k≈kfi,1；其中fi,k≠fj,k,i≠j,k的大小可根据实际需要进行设定，且定义fi,1,fi,2,fi,3,fi,4,L,fi,k为一组；选择多个符合上述能量最大值频率点之间近似满足如下关系，即fi,2≈2fi,1，fi,3≈3fi,1，fi,4≈4fi,1，fi,5≈5fi,1，fi,6≈6fi,1，fi,7≈7fi,1，……，fi,k≈kfi,1的脉冲信号组；以fi,k的大小为依据，将每组内的脉冲信号按Costas编码规律进行排列，形成多个类似于Costas跳频规律的脉冲信号序列组；将类似于Costas跳频规律的脉冲信号序列组称为Costas‑Like跳频信号；将多组Costas‑Like跳频信号按应用需要进行排列后，通过主动声呐声源系统进行发送。...

【技术特征摘要】
1.一种利用抹香鲸群声的主动声呐跳频信号产生方法，其特征是，包括下列步骤：
第一步：定义脉冲信号的能量最大值频率点
根据①同一只抹香鲸可发出多种信号包络不一样的脉冲信号，且不同种类脉冲信号的
能量最大值频率点主要分布在100Hz-12KHz之间；相同脉冲信号之间的自相关性大，不
同种类脉冲信号之间的互相关性小，②一些类型脉冲声信号的高能量频率点只有一个，另
一些类型脉冲声信号的高能量频率点有两个，其它一些类型脉冲声信号的高能量频率点有
多个；
定义不同类型脉冲声信号为具有不同包络、不同能量最大值频率点的脉冲信号；
定义脉冲信号的能量最大值频率点是指对一个脉冲信号进行快速傅氏变换(Fast 
Fourier Transformation,FFT)后，得到的幅度最大值处所对应的频率点
fb(b＝1,2,3,L，且b≤10000)；
第二步：主动声呐Costas-Like跳频信号的产生方法：
找到一些脉冲信号的能量最大值频率点之间近似满足如下关系，即fi,2≈2fi,1，
fi,3≈3fi,1，fi,4≈4fi,1，fi,5≈5fi,1，fi,6≈6fi,1，fi,7≈7fi,1，……，fi,k≈kfi,1；其中
fi,k≠fj,k,i≠j,k的大小可根据实际需要进行设定，且定义fi,1,fi,2,fi,3,fi,4,L,fi,k为一
组；
选择多个符合上述能量最大值频率点之间近似满足如下关系，即fi,2≈2fi,1，fi,3≈3fi,1，
fi,4≈4fi,1，fi,5≈5fi,1，fi,6≈6fi,1，fi,7≈7...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋佳佳，段发阶，李彦超，袁建富，薛俊，袁文澹，李宸阳，黄婷婷，马凌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12