瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法技术

瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，属于瞬态信号的波形估计领域，本发明专利技术为解决现有技术无法实现在多途信道中实现瞬态信号的波形估计的问题。本发明专利技术所述瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，该波形估计方法的具体过程为：采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理；利用反卷积消除多途信号对接收信号波形的畸变影响；通过均匀加权实现多途信道中接收信号的瞬态信号的波形估计。本发明专利技术用于对信号的波形估计。

A Joint Waveform Estimation Method for Transient Signals with Multiple Location Nodes

The multi-location node joint Waveform Estimation Method of transient signal belongs to the field of Waveform Estimation of transient signal. The present invention solves the problem that the existing technology can not realize waveform estimation of transient signal in multi-path channel. The multi-location node joint Waveform Estimation Method of the instantaneous signal is described in this paper. The specific process of the waveform estimation method is: suppressing the noise of the received signal by spatial filtering method; eliminating the distortion effect of the multi-path signal on the received signal waveform by deconvolution; and realizing the waveform estimation of the received signal in the multi-path channel by uniform weighting. The present invention is used for Waveform Estimation of signals.

【技术实现步骤摘要】
瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法
本专利技术涉及一种瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，属于瞬态信号的波形估计领域。
技术介绍
信号波形估计是指对噪声进行抑制，将有用的信号分离出来，从而得到信号原始波形的估计。信号波形估计方法的关键在于找到引起信号畸变的机理，例如噪声和干扰，并通过反卷积计算去除影响，恢复出信号的波形。信号波形估计的有效方法之一是设计一种具有最佳过滤特性的滤波器，当叠加有噪声的信号通过这种滤波器时，可以将信号尽可能完整地重现或对信号做出尽可能精确的估计。维纳滤波和卡尔曼滤波是实现从噪声中提取信号，完成信号波形估计的两种线性最佳估计方法。其中，维纳滤波适用于平稳信号，而卡尔曼滤波还可以适用于非平稳信号。但是卡尔曼滤波对一定运动特征的信号构建模型进行处理，对于偶发性的瞬态信号并不实用。除去噪声因素的影响，海洋的声信道由于海面海底等界面引起的折射产生多途，也会使信号波形产生畸变。现有的滤波技术和波形估计方法无法实现在多途信道中实现瞬态信号的波形。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有技术无法实现在多途信道中实现瞬态信号的波形估计的问题，提供了一种瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法。本专利技术所述瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，该波形估计方法的具体过程为：S1、采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理；S2、利用反卷积消除多途信号对接收信号波形的畸变影响；S3、通过均匀加权实现多途信道中接收信号的瞬态信号的波形估计。优选的，S1所述采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理的具体过程为：S1-1、各定位节点接收到信号后分别进行宽频域波束形成的计算，估计各定位节点接收信号的水平来波方向；S1-2、根据S1获取的水平来波方向，对各定位节点不同阵元接收的信号分别进行时延补偿，获得时延补偿后信号；S1-3、分别对各定位节点的所有阵元的时延补偿后信号求和，计算平均值，实现对各阵元接收信号的空域滤波，获得空域滤波后的第一级波形估计结果，完成对接收信号的抑制噪声处理。优选的，S2所述利用反卷积消除多途信号对信号波形的畸变影响的具体过程为：S2-1、根据第一级波形估计结果，利用互相关法计算相邻定位节点之间接收信号的时延差；S2-2、采用声速剖面仪测量海洋环境中的声速，根据超短基线实时监测定位节点的空间位置坐标位置，利用长基线定位方法获得目标的三维位置坐标；S2-3、根据定位节点的空间位置坐标和目标的三维位置坐标，利用声学软件计算声波从目标位置到各定位节点的信道冲激响应；S2-4、各定位节点分别以各自对应的信道冲激响应为核函数，对第一级波形估计结果进行反卷积，获得第二级波形估计结果，完成多途信号对信号波形的畸变影响的消除。优选的，S3所述通过均匀加权实现多途信道中的瞬态信号的波形估计的具体过程为：将S2-4获得第二级波形估计结果进行均匀加权处理，获得第三级波形估计结果，实现多途信道中的瞬态信号的波形估计。本专利技术的优点：本专利技术利用波束形成对信号进行空域滤波，利用定位方法求得多途信道冲激响应函数，并利用反卷积技术实现对瞬态信号的波形估计。本专利技术提供的是一种瞬态信号的波形估计方法。首先利用相关法求得节点间接收信号的时延差，根据求得的时延差通过双曲定位法确定声源的位置；然后根据声源与各接收节点的相对位置关系，利用Bellhop软件求得相应的信道冲击响应函数；再对各节点接收到的信号进行波束形成空域滤波，得到抑制噪声后的信号；最后对得到的抑制噪声后信号和信道冲击响应函数进行反卷积，通过对各节点估计的信号波形加权处理，实现瞬态信号的波形估计。本专利技术结合空域滤波处理、多节点定位技术和反卷积技术，实现对多图信道中瞬态信号波形的精确估计。为了实现本专利技术的目的，需要保证声源与接收节点处于同一平面、声源位于接收节点的远场处且声场中声速为常数。附图说明图1是本专利技术所述瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法的原理框图；图2是具体实施方式五所述的目标和定位节点布放示意图。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，该波形估计方法的具体过程为：S1、采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理；S2、利用反卷积消除多途信号对接收信号波形的畸变影响；S3、通过均匀加权实现多途信道中接收信号的瞬态信号的波形估计。具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，S1所述采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理的具体过程为：S1-1、各定位节点接收到信号后分别进行宽频域波束形成的计算，估计各定位节点接收信号的水平来波方向；S1-2、根据S1获取的水平来波方向，对各定位节点不同阵元接收的信号分别进行时延补偿，获得时延补偿后信号；S1-3、分别对各定位节点的所有阵元的时延补偿后信号求和，计算平均值，实现对各阵元接收信号的空域滤波，获得空域滤波后的第一级波形估计结果，完成对接收信号的抑制噪声处理。具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，S2所述利用反卷积消除多途信号对信号波形的畸变影响的具体过程为：S2-1、根据第一级波形估计结果，利用互相关法计算相邻定位节点之间接收信号的时延差；S2-2、采用声速剖面仪测量海洋环境中的声速，根据超短基线实时监测定位节点的空间位置坐标位置，利用长基线定位方法获得目标的三维位置坐标；S2-3、根据定位节点的空间位置坐标和目标的三维位置坐标，利用声学软件计算声波从目标位置到各定位节点的信道冲激响应；S2-4、各定位节点分别以各自对应的信道冲激响应为核函数，对第一级波形估计结果进行反卷积，获得第二级波形估计结果，完成多途信号对信号波形的畸变影响的消除。具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，S3所述通过均匀加权实现多途信道中的瞬态信号的波形估计的具体过程为：将S2-4获得第二级波形估计结果进行均匀加权处理，获得第三级波形估计结果，实现多途信道中的瞬态信号的波形估计。具体实施方式五：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，当定位节点的数量为四，目标与定位节点平面相同时，S1-1的具体过程为：四个定位节点位于同一平面，两组相对设置的定位节点的连线互相垂直，且各定位节点到连线交点的距离相等；建立以连线交点为原点、xoy平面与定位节点所在平面平行的坐标系，四个定位节点布放的位置坐标分别为：(500m,0m,10m)、(0m,500m,10m)、(-500m,0m,10m)、(0m,-500m,10m)；目标与定位节点所在平面相同，目标的位置坐标为(250m,250m,10m)；海深100m，声速恒定为c＝1500m/s；各定位节点的阵元接收的信号利用线性调频信号乘以指数衰减信号进行模拟，信号模型为：其中，f0为信号中心频率，为信号的频率变化率，B为信号的调频宽度，T为信号脉宽，α为衰减系数；噪声类型为高斯白噪声；信号的频率范围为100Hz-1000Hz，即：f0＝316Hz、B＝900Hz，且T＝0.2s、α＝5；对四个定位节点接收到信号后分别进行宽频域波束形成的计算，频带为100Hz-1000Hz、子带宽度为100Hz，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，其特征在于，该波形估计方法的具体过程为：S1、采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理；S2、利用反卷积消除多途信号对接收信号波形的畸变影响；S3、通过均匀加权实现多途信道中接收信号的瞬态信号的波形估计。

【技术特征摘要】
1.瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，其特征在于，该波形估计方法的具体过程为：S1、采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理；S2、利用反卷积消除多途信号对接收信号波形的畸变影响；S3、通过均匀加权实现多途信道中接收信号的瞬态信号的波形估计。2.根据权利要求1所述的瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，其特征在于，S1所述采用空域滤波方法对接收信号进行抑制噪声处理的具体过程为：S1-1、各定位节点接收到信号后分别进行宽频域波束形成的计算，估计各定位节点接收信号的水平来波方向；S1-2、根据S1获取的水平来波方向，对各定位节点不同阵元接收的信号分别进行时延补偿，获得时延补偿后信号；S1-3、分别对各定位节点的所有阵元的时延补偿后信号求和，计算平均值，实现对各阵元接收信号的空域滤波，获得空域滤波后的第一级波形估计结果，完成对接收信号的抑制噪声处理。3.根据权利要求2所述的瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，其特征在于，S2所述利用反卷积消除多途信号对信号波形的畸变影响的具体过程为：S2-1、根据第一级波形估计结果，利用互相关法计算相邻定位节点之间接收信号的时延差；S2-2、采用声速剖面仪测量海洋环境中的声速，根据超短基线实时监测定位节点的空间位置坐标位置，利用长基线定位方法获得目标的三维位置坐标；S2-3、根据定位节点的空间位置坐标和目标的三维位置坐标，利用声学软件计算声波从目标位置到各定位节点的信道冲激响应；S2-4、各定位节点分别以各自对应的信道冲激响应为核函数，对第一级波形估计结果进行反卷积，获得第二级波形估计结果，完成多途信号对信号波形的畸变影响的消除。4.根据权利要求3所述的瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，其特征在于，S3所述通过均匀加权实现多途信道中的瞬态信号的波形估计的具体过程为：将S2-4获得第二级波形估计结果进行均匀加权处理，获得第三级波形估计结果，实现多途信道中的瞬态信号的波形估计。5.根据权利要求4所述的瞬态信号的多定位节点联合波形估计方法，其特征在于，当定位节点的数量为四，目标与定位节点平面相同时，S1-1的具体过程为：四个定位节点位于同一平面，两组相对设置的定位节点的连线互相垂直，且各定位节点到连线交点的距离相等；建立以连线交点为原点、xoy平面与定位节点所在平面平行的坐标系，四个定位节点布放的位置坐标分别为：(500m,0m,10m)、(0m,500m,10m)、(-500m,0m,10m)、(0m,-500m,10m)；目标与定位节点所在平面相同，目标的位置坐标为(250m,250m,10m)；海深100m，声速恒定为c＝1500m/s；各定位节点的阵元接收的信号利用线性调频信号乘以指数衰减信号进行模拟，信号模型为：其中，f0为信号中心频率，为信号的频率变化率，B为信号的调频宽度，T为信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰华林，张雪琪，梅继丹，吕云飞，滕婷婷，师俊杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23