一种齿鲸回声定位单脉冲信号提取方法技术

本发明专利技术公开了一种齿鲸回声定位单脉冲信号提取方法，包括对齿鲸回声定位脉冲串预处理；使用相关法检测实测信号，选定回声定位单脉冲信号作为参考信号，得到脉冲串信号与参考信号的互相关函数。计算互相关函数局部相关峰；多次迭代得到局部相关峰幅值方差满足阈值条件的局部相关峰；通过设置阈值对局部相关峰进行消除重复点、滤除野点，并滤除无信号段产生的判定为相关幅度低的点；利用局部相关峰位置在时域中的对应，对信号进行时域截取，同一脉冲串中单脉冲信号持续时间取为d，选择长为d的时间窗将回声定位单脉冲信号从脉冲串中进行提取。本发明专利技术具有运算量小、检测结果准确的优势，能够精确提取时域中回声定位脉冲串中的单脉冲信号位置。单脉冲信号位置。单脉冲信号位置。

【技术实现步骤摘要】
一种齿鲸回声定位单脉冲信号提取方法


[0001]本专利技术属于信号处理领域，涉及一种齿鲸回声定位单脉冲信号提取方法。

技术介绍

[0002]众所周知，齿鲸经历千万年的进化具备非常灵活的生物声呐系统，可以在不同的环境、针对不同的目标实现探测、跟踪、并捕获猎物，对不同的目标与水下环境具有良好的适应性。探究齿鲸生物声呐系统的机理对仿生技术的研究与发展有着重要的指导意义。
[0003]齿鲸以脉冲串的形式发射回声定位脉冲信号，通过对回波的处理从而实现各种生理活动。每个脉冲串所包含的脉冲个数并不相等，少的仅仅几个，多的几百个。在目标探测与识别的过程中，脉冲串可以从信号检测理论的角度深入理解。
[0004]中国专利说明书CN112712047A中公开了一种基于图像处理的海洋哺乳动物回声定位信号检测方法，根据动物回声定位信号在时频图中近似直线的特征采用图像滤波和直线检测进行处理,并进一步采用随机森林检测模型提升检测准确率，在低信噪比条件下,不仅保持了较高准确率而且有更高的召回率，但该方法是从时频域的角度进行检测，时频分辨力受限，同时计算量较大。中国专利说明书CN106503336A中公开了一种海豚嘀嗒声信号建模与合成的方法，采用瑞利脉冲作为合成海豚嘀嗒声信号的基本单元,设计双脉冲结构模型来建模海豚嘀嗒声信号,有效地实现了不同类型海豚嘀嗒声信号的合成，但并未给出嘀嗒声脉冲串的检测方法。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种齿鲸回声定位单脉冲信号提取方法，采用多次迭代的局部相关峰搜索，并且根据脉冲串内参数连续性的生物特征对提取后的漏检与错检情况进行修正。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的一种齿鲸回声定位单脉冲信号提取方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：对齿鲸回声定位脉冲串进行预处理；
[0008]步骤二：使用相关法检测实测信号，选定回声定位单脉冲信号作为参考信号f(n)，得到采集到的脉冲串信号与参考信号的互相关函数。
[0009]步骤三：计算步骤二互相关函数的局部相关峰；
[0010]步骤四：判断局部相关峰幅值的方差是否小于设定的阈值T，若满足，则提取最终的局部相关峰，并执行步骤五，否则在局部相关峰中再次计算得到局部相关峰并再次执行步骤四；
[0011]步骤五：通过设置阈值对步骤四提取的局部相关峰进行消除重复点、滤除野点的操作，并滤除无信号段产生的判定为相关幅度低的点；
[0012]步骤六：利用步骤五获得的局部相关峰位置在时域中的对应，对信号进行时域截取，同一脉冲串中单脉冲信号持续时间取为d，选择长为d的时间窗将回声定位单脉冲信号
从脉冲串中进行提取。
[0013]进一步的，在步骤六后执行：根据步骤六中得到的局部相关峰位置，计算预处理后的脉冲串内的单脉冲间隔，当脉冲间隔为正常间隔的设定倍数，则判定存在漏检的单脉冲信号，将脉冲间隔修正为若干正常间隔，然后选择长为d的时间窗在脉冲间隔之内提取回声定位单脉冲信号并用于修正步骤六提取结果。
[0014]进一步的，预处理包括：将接收到的回声定位信号经过一个f0～f1的带通滤波处理，经过滤波后，消除直流分量与相对于回声定位信号的低频脉冲干扰。
[0015]进一步的，互相关函数为：
[0016][0017]g(n)为待检测的回声定位脉冲串。
[0018]本专利技术的有益效果：海洋哺乳动物的声呐系统能力是目前人工声呐无法比拟的，研究齿鲸的回声定位声呐系统对人工声呐信号设计、仿生学等学科领域有着极大的意义。齿鲸中白鲸的回声定位信号常以脉冲串形式出现，检测并提取脉冲串中的单脉冲信号，是白鲸声呐分析的关键步骤。与前人的单脉冲信号检测方法不同，本专利技术提出了一种多次迭代搜索相关峰局部最大值的方法，并通过计算相邻脉冲间隔来反馈修正漏检和错检的脉冲信号位置，并取得了很好的效果。本专利技术针对齿鲸回声定位脉冲串内单脉冲信号提取的问题，提出了多次迭代的局部相关峰搜索方法，并以脉冲串内参数连续性的生物特征为依据，对提取后的漏检与错检情况进行修正。相较于传统的信号检测方法，本专利技术提出的通过多次迭代筛选局部相关峰方法的数学运算更加简单，思路更加明确，计算量较低；同时，利用单脉冲信号脉冲间隔连续的生物学特性，通过对n次迭代筛选后的局部相关峰位置计算脉冲间隔，并对脉冲间隔不连续变化的前后脉冲信号间隔之内再次进行脉冲检测与提取，实现了对漏检脉冲位置的反馈修正，大大提高了信号检测概率，能够精确提取时域中回声定位脉冲串中的单脉冲信号位置，提升了系统性能。
附图说明
[0019]图1为白鲸回声定位脉冲串中单脉冲信号提取方法的过程示意图；
[0020]图2为待检测提取单脉冲信号位置的白鲸回声定位脉冲串时域波形图；
[0021]图3为白鲸回声定位脉冲串的脉冲间隔计算结果图；
[0022]图4为经过脉冲间隔反馈修正后的单脉冲信号提取结果图。
具体实施方式
[0023]下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。
[0024]结合图1，白鲸回声定位脉冲串内单脉冲信号的提取方法，具体包括：
[0025]步骤一：白鲸回声定位脉冲串的预处理；
[0026]将接收到的白鲸回声定位信号经过一个f0～f1的带通滤波处理，一方面减少实测场地内的低频环境噪声；另一方面将研究的频率范围限制在f0～f1范围内，对不同种类的回声定位信号进行统一研究频率范围的处理。
[0027]经过滤波后，消除直流分量与相对于回声定位信号的低频脉冲干扰，其结果如图2
所示。
[0028]步骤二：选定单脉冲参考信号，并进行互相关计算；
[0029]互相关描述的是两个不同时间序列之间取值的相关程度。互相关函数的定义为
[0030][0031]式中，x(n)和y(n)均为能量有限的信号，Φ
x,y
(k)为x(n)和y(n)的互相关计算结果。
[0032]海豚回声定位信号具有宽带特性，即相关函数具有锐利的相关峰，便于检测信号的初始时刻。本专利技术使用相关法检测实测信号，利用任意白鲸回声定位单脉冲信号作为计算互相关函数的参考信号，设其中参考信号为f(n)，待检测的回声定位脉冲串为g(n)，其互相关函数为：
[0033][0034]根据上式可以获得采集到的脉冲串信号与参考信号的互相关函数，即得到脉冲序列中与参考信号的相关程度。
[0035]步骤三：多次迭代筛选局部相关峰；
[0036]本专利技术选择计算步骤二中得到的互相关结果的局部最大值(局部相关峰)，并将局部相关峰位置作为判断回声定位单脉冲位置的依据。从时间轴的角度观察步骤二中得到的相关结果(f*g)(τ)，在具有高相关计算值的时域位置意味着待测信号该局部与标准信号的相关性强、相似度高，大概率可以将该位置判定为单脉冲存在的位置。
[0037]本方法利用回声定位信号幅度连续变化的生物发声规律作为基础，在第一次迭代得到的局部相关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿鲸回声定位单脉冲信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对齿鲸回声定位脉冲串进行预处理；步骤二：使用相关法检测实测信号，选定回声定位单脉冲信号作为参考信号f(n)，得到采集到的脉冲串信号与参考信号的互相关函数。步骤三：计算步骤二互相关函数的局部相关峰；步骤四：判断局部相关峰幅值的方差是否小于设定的阈值T，若满足，则提取最终的局部相关峰，并执行步骤五，否则在局部相关峰中再次计算得到局部相关峰并再次执行步骤四；步骤五：通过设置阈值对步骤四提取的局部相关峰进行消除重复点、滤除野点的操作，并滤除无信号段产生的判定为相关幅度低的点；步骤六：利用步骤五获得的局部相关峰位置在时域中的对应，对信号进行时域截取，同一脉冲串中单脉冲信号持续时间取为d，选择长为d的时间窗将回声定位单脉冲信号从...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凇佐，赵翌博，青昕，浦王轶，王蕴聪，乔钢，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：