一种水声台网关联方法技术

技术编号:20903356 阅读:37 留言:0更新日期:2019-04-17 17:04
本发明专利技术公开了一种水声台网关联方法,根据水声信号检测结果,以触发信号为起始,通过方位角匹配筛选出可关联格点;而后根据格点中定义的对当前格点具有监测能力的水声台阵子阵清单和信号传输理论特征参数,从水声信号检测结果中筛选出其余待关联子阵记录的信号到时与方位角均匹配的全部检测信号。本发明专利技术可根据预设水声监测台网信号监测结果,采用特定海域水声台网关联格点搜素方法,准确检索匹配出与事件相关的全部水声台阵记录的信号。实现了利用国际监测系统稀疏水声台阵监测数据对开阔海域水声信号进行关联,完成了水声事件的源项追溯与发生时间的粗略估计,对于观测水面或水下爆炸事件具有重要价值。

【技术实现步骤摘要】
一种水声台网关联方法
本专利技术属于水声监测
,具体涉及一种水声台网关联方法。
技术介绍
水声监测技术是监测水面和水下爆炸事件的有效技术手段,全面禁止核试验条约国际监测系统建立了包括11个水声台阵的全球水声监测网络,既可用于对全球海洋爆炸事件的独立监测与定位,也可作为地震监测台网的重要补充,将地震台网监测面积延伸至广阔海域。水声台阵监测数据处理过程主要包括:信号检测与特征参数提取、声相识别、水声台网自动关联、事件定位与到时估算、自动关联事件的交互分析。在交互分析过程中,波形分析专家需对自动关联形成的处理事件及其所有关联信号逐一进行核对与校正,从而确保事件公报的准确性与可靠性。水声事件自动关联方法的优劣直接影响系统自动关联处理时效、事件检测率、误关联率、信号关联准确率等核心指标,大量误关联事件和漏关联事件的产生将会极大增加交互分析的工作量。研究一种既能正确关联信号,又具有较低漏检率与误检率的水声台网关联方法,对于水声监测技术而言具有重要现实意义。由于水声台网分布稀疏,且声在水面传输速度仅1485m/s,对于动辄上万千米的监测距离而言,水声信号走时较长、信号在传输过程中受岛屿阻隔而无法传输至台阵、受洋流影响导致信号方位角偏移、不同海区温度的差异导致声速不稳定,这些因素都会增加信号搜索和匹配的难度。
技术实现思路
本专利技术提供一种水声台网关联方法,要解决的技术问题是:稀疏水声监测台网对开阔水域水声事件监测过程中信号搜索和匹配困难的问题。为了解决以上技术问题,本专利技术提供了一种水声台网关联方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、选定所需进行水声监测数据分析的海域,确定用于对目标区域进行监测的水声台网,根据关联时间区间,从数据库中获取相应水声台阵的全部检测信号及其关键特征参数;S2、将提取的水声台阵检测信号按照子阵进行分类,同一子阵不同监测子台记录的水声信号,若方位角相同,信号到时差小于定义的误差值,则认为所有信号为同一信号类,按顺序标志信号类F,对每一信号类所属全部信号进行标识,其中标识的最大值为每一信号类F中所含信号检测数;提取所有信号类中标识为1的信号组成待关联信号集合staarr;S3、根据定义的水声台网或该台网所包含的具有检测信号的水声台阵清单,导入台阵参数,获取相应台阵的坐标与水声台阵信号传输隔断参数,创建水声台网关联的有效格点;S4、选取某一台阵作为触发台阵,该台阵记录的信号作为触发信号,其余台阵作为待关联台阵,相应信号作为待关联信号;S5、对于每一个触发信号Trigk,其方位角为azmk,根据定义的信号方位角偏差azth,从S3确定的所有格点中选取触发台阵至格点的方位角介于[azmk-azth,azmk+azth]的格点gridj,其中Trigk为第k个触发信号,azmk为第k个触发信号的方位角,gridj为第j个格点符合前述触发信号匹配要求;记录符合要求的格点所对应的触发信号的水声子阵gchan,触发台阵至该格点距离gdistj、方位角gazj、信号走时gtimej;S6、采用双曲函数定义S5所选取的格点与第k个触发信号方位角的匹配质量系数awgkj和第k个触发信号走时的匹配质量系数twgkj;S7、根据S3中定义的对该格点区域具有监测能力的水声台阵清单及其关键参数,从对应台阵信号类F中,对触发子阵以外的全部子阵,进行信号检索匹配,并根据S6计算待关联信号与S5所选取的格点的方位角的匹配质量系数和触发信号走时的匹配质量系数;S8、按照上述步骤确定S5所选取的格点gridj所关联的全部信号selarr,确定参与关联的水声台阵数Nsta和子阵数Nchan,若满足Nchan≥Dchan且Nsta≥Dsta,Nchan≥Nsta,则形成初步关联事件,并计算初步关联事件的可靠性质量系数;Dchan、Dsta分别为定义水声事件所需子阵数及台阵数。有益效果:本专利技术可根据预设水声监测台网信号监测结果,采用特定海域水声台网关联格点搜素方法,准确检索匹配出与事件相关的全部水声台阵记录的信号。实现了利用国际监测系统稀疏水声台阵监测数据对开阔海域水声信号进行关联,完成了水声事件的源项追溯与发生时间的粗略估计,对于观测水面或水下爆炸事件具有重要价值。具有以下优点:1)本专利技术通过采用水声台网关联格点设计方法进行了水声台网关联格点设计,筛选出符合水声事件定义的格点,提高了格点搜索和待关联台阵选取效率。另外,采用同一子阵信号聚类分析方法,避免了不同子台相似信号的重复检索,将格点关联匹配效率提升,其中为有检测信号的子阵数。2)本专利技术实现了利用国际监测系统水声台阵监测数据对开阔海域水声信号关联,初步实现了水声事件的源项追溯与发生时间的粗略估计,对于观测水面或水下爆炸事件具有重要价值。所述方法可以准确地检索匹配出与事件相关的不同水声台阵记录的信号,信号关联准确率大于94%。3)既能对水声信号进行快速准确匹配关联,又能提高格点搜素匹配的针对性和关联效率,继而给出水声事件源项大致位置和发生时间,将进一步提升水声监测技术在水下爆炸和灾害监测、应急救援等领域的应用价值。附图说明图1为用于太平洋海域水声事件监测的国际监测系统水声台阵分布图;图2为水声台网关联流程图;图3为基于双曲函数的关联信号方位角匹配质量系数数值曲线图;图4为基于双曲函数的关联信号走时匹配质量系数数值曲线图;图5为本专利技术自动关联初步定位结果(●)与国际数据中心公报结果(▲)比较;图6为同一事件自动关联定位与公报结果间距统计图;图7为某一实施例公报事件格点搜索匹配结果。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚,下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术提出的一种水声台网关联方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、选定所需进行水声监测数据分析的海域,确定用于对目标区域进行监测的水声台网,根据关联时间区间,从数据库中获取相应水声台阵的全部检测信号及其关键特征参数,包括台阵通道名称、信号到时、检测信号编号、声相类别、方位角、慢度等。S2、将提取的水声台阵检测信号按照子阵进行分类,同一子阵不同监测子台记录的水声信号,若方位角相同,信号到时差小于Tdiff(Tdiff为定义的误差值,通常为数秒钟),则认为所有信号为同一信号类,按顺序标志信号类F,对每一信号类所属全部信号进行标识,其中标识的最大值为每一信号类F中所含信号检测数;提取所有信号类中标识为1的信号组成待关联信号集合staarr。S3、根据定义的水声台网或该台网所包含的具有检测信号的水声台阵清单,导入台阵参数,获取相应台阵的坐标与水声台阵信号传输隔断参数,创建水声台网关联格点参数文件grid;具体包括以下步骤:S3.1、选定所需进行水声监测数据分析的海域[Latmin,Latmax,Lonmin,Lonmax],设定格点步长gridd,根据上述参数创建网络格点;S3.2、根据目标海域以及该海域周边分布的水声监测台站,设定水声监测台网,其中,对于每个水声台阵,按照子台位置进行分类,形成多个子阵,如该台阵的子台在岛屿上南北两端分布,则北端包含的N1、N2、N3三个子台,则统称为N子阵;S3.3、由于同一水声台阵不同类别的子阵相距较远,可达上百千米,而同一类别的子台相距较近,一般小于2km。因此针对每一类子台,分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水声台网关联方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、选定所需进行水声监测数据分析的海域,确定用于对目标区域进行监测的水声台网,根据关联时间区间,从数据库中获取相应水声台阵的全部检测信号及其关键特征参数;S2、将提取的水声台阵检测信号按照子阵进行分类,同一子阵不同监测子台记录的水声信号,若方位角相同,信号到时差小于定义的误差值,则认为所有信号为同一信号类,按顺序标志信号类F,对每一信号类所属全部信号进行标识,其中标识的最大值为每一信号类F中所含信号检测数;提取所有信号类中标识为1的信号组成待关联信号集合staarr;S3、根据定义的水声台网或该台网所包含的具有检测信号的水声台阵清单,导入台阵参数,获取相应台阵的坐标与水声台阵信号传输隔断参数,创建水声台网关联的有效格点;S4、选取某一台阵作为触发台阵,该台阵记录的信号作为触发信号,其余台阵作为待关联台阵,相应信号作为待关联信号;S5、对于每一个触发信号Trigk,其方位角为azmk,根据定义的信号方位角偏差azth,从S3确定的所有格点中选取触发台阵至格点的方位角介于[azmk‑azth,azmk+azth]的格点gridj,其中Trigk为第k个触发信号,azmk为第k个触发信号的方位角,gridj为第j个格点符合前述触发信号匹配要求;记录符合要求的格点所对应的触发信号的水声子阵gchan,触发台阵至该格点距离gdistj、方位角gazj、信号走时gtimej;S6、采用双曲函数定义S5所选取的格点与第k个触发信号方位角的匹配质量系数awgkj和第k个触发信号走时的匹配质量系数twgkj;S7、根据S3中定义的对该格点区域具有监测能力的水声台阵清单及其关键参数,从对应台阵信号类F中,对触发子阵以外的全部子阵,进行信号检索匹配,并根据S6计算待关联信号与S5所选取的格点的方位角的匹配质量系数和触发信号走时的匹配质量系数;S8、按照上述步骤确定S5所选取的格点gridj所关联的全部信号selarr,确定参与关联的水声台阵数Nsta和子阵数Nchan,若满足Nchan≥Dchan且Nsta≥Dsta,Nchan≥Nsta,则形成初步关联事件,并计算初步关联事件的可靠性质量系数;Dchan、Dsta分别为定义水声事件所需子阵数及台阵数。...

【技术特征摘要】
1.一种水声台网关联方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、选定所需进行水声监测数据分析的海域,确定用于对目标区域进行监测的水声台网,根据关联时间区间,从数据库中获取相应水声台阵的全部检测信号及其关键特征参数;S2、将提取的水声台阵检测信号按照子阵进行分类,同一子阵不同监测子台记录的水声信号,若方位角相同,信号到时差小于定义的误差值,则认为所有信号为同一信号类,按顺序标志信号类F,对每一信号类所属全部信号进行标识,其中标识的最大值为每一信号类F中所含信号检测数;提取所有信号类中标识为1的信号组成待关联信号集合staarr;S3、根据定义的水声台网或该台网所包含的具有检测信号的水声台阵清单,导入台阵参数,获取相应台阵的坐标与水声台阵信号传输隔断参数,创建水声台网关联的有效格点;S4、选取某一台阵作为触发台阵,该台阵记录的信号作为触发信号,其余台阵作为待关联台阵,相应信号作为待关联信号;S5、对于每一个触发信号Trigk,其方位角为azmk,根据定义的信号方位角偏差azth,从S3确定的所有格点中选取触发台阵至格点的方位角介于[azmk-azth,azmk+azth]的格点gridj,其中Trigk为第k个触发信号,azmk为第k个触发信号的方位角,gridj为第j个格点符合前述触发信号匹配要求;记录符合要求的格点所对应的触发信号的水声子阵gchan,触发台阵至该格点距离gdistj、方位角gazj、信号走时gtimej;S6、采用双曲函数定义S5所选取的格点与第k个触发信号方位角的匹配质量系数awgkj和第k个触发信号走时的匹配质量系数twgkj;S7、根据S3中定义的对该格点区域具有监测能力的水声台阵清单及其关键参数,从对应台阵信号类F中,对触发子阵以外的全部子阵,进行信号检索匹配,并根据S6计算待关联信号与S5所选取的格点的方位角的匹配质量系数和触发信号走时的匹配质量系数;S8、按照上述步骤确定S5所选取的格点gridj所关联的全部信号selarr,确定参与关联的水声台阵数Nsta和子阵数Nchan,若满足Nchan≥Dchan且Nsta≥Dsta,Nchan≥Nsta,则形成初步关联事件,并计算初步关联事件的可靠性质量系数;Dchan、Dsta分别为定义水声事件所需子阵数及台阵数。2.根据权利要求1所述的一种水声台网关联方法,其特征在于,S2中所述的误差值通常为数秒钟。3.根据权利要求1所述的一种水声台网关联方法,其特征在于,S1中,关键特征参数包括台阵通道名称、信号到时、检测信号编号、声相类别、方位角、慢度。4.根据权利要求1所述的一种水声台网关联方法,其特征在于,S3具体包括以下步骤:S3.1、选定所需进行水声监测数据分析的海域,设定格点步长,创建网络格点;S3.2、根据S3.1选定的海域以及该海域周边分布的水声监测台站,设定水声监测台网,其中,对于每个水声台阵,按照子台位置进行分类,形成多个子阵;S3.3、对于每个子阵中的同一类子台,分别设定其水声信号声发通道的有效传输距离,按照一定方位角间隔进行有效传输距离全向设定,形成水声台阵信号传输隔断参数,包括不同方位角az及其对应的有效传输距离range;S3.4、根据水声监测台网构成,读取每个水声台阵信号传输隔断参数,按照S3.1创建的网格格点顺序,利用第i个格点中心坐标与第j个水声子阵坐标,...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐伟刘哲函王燕王晓明刘俊民
申请(专利权)人:禁核试北京国家数据中心
类型:发明
国别省市:北京,11

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