【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，属于水声信号处理。
技术介绍
1、非合作水声脉冲信号截获检测在水下目标探测、水下生物信号捕获等领域有重要的应用。传统的非合作水声脉冲信号截获检测方法有能量检测法、时频分析法和谱熵检测法等，其中时频分析法从时间和频率的角度对信号进行分析，便于对信号进行实时监测和参数估计，在cw和lfm脉冲信号的检测和参数估计中应用较为广泛。
2、近年来，随着水下装备无人化、智能化的发展，水下无人平台的研究和应用越来越多。当水下无人平台搭载被动声呐进行水下作业时，由于平台自身的电机所带来的电磁干扰以及平台航行时的流噪声、机械噪声和螺旋桨噪声等，使得被动声呐检测频带内出现大量平台干扰线谱。传统的时频分析法无法对平台干扰和脉冲信号进行有效辨识，导致平台干扰信噪比较高时，容易将平台干扰线谱误判为信号，使得检测虚警率提高，影响脉冲信号的检测性能。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对水下小平台搭载被动声呐进行非合作水声脉冲信号检测时，由于平台自身影响，被动声呐检测频带内出现大量平台干扰线谱。传统的脉冲信号检测方法对平台干扰的辨识能力较差，当平台干扰信噪比较高时会将平台干扰误判为信号，导致检测虚警率提高，本专利技术提供一种基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法。
2、由于脉冲信号通常位于阵列的远场，符合远场特性；而平台的机械噪声、螺旋桨噪声等平台干扰通过壳体、水体等进行传播，传播规律具有一定的随
3、技术方案：一种基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，该方法基于脉冲信号的远场特性以及平台干扰的非远场特性，通过计算实际信号归一化指向性与理论远场信号归一化指向性的差值熵来对其是否符合远场特性进行判别，从而实现对脉冲信号和平台干扰的辨识，并对干扰线谱进行剔除，脉冲信号线谱进行保留，来达到抗平台干扰的目的，改善传统脉冲信号检测方法的抗平台干扰能力。
4、包括以下步骤：
5、步骤s1，对采集的声呐阵列信号进行远场波束形成获得多波束数据；
6、步骤s2，求各波束数据的短时功率谱；
7、步骤s3，依据传统非合作脉冲信号检测方法提取线谱；
8、步骤s4，对提取的线谱频点找到该频点信号在各波束数据中的输出功率，求该频点声呐接收信号的归一化指向性；
9、步骤s5，由归一化指向性找峰值点，获得信号来波方位θ0；
10、步骤s6，依据步骤s1采用的波束形成算法和步骤s5的信号来波方位θ0，求得远场信号理论归一化指向性；
11、步骤s7，对接收信号归一化指向性和理论指向性求绝对差值；
12、步骤s8，均分差值区间[0，1]为n段，统计差值在各区间的分布比例pi(i＝1，2，…，n)；
13、步骤s9，求差值熵h；
14、步骤s10，设定判决门限，若h大于门限，则将提取的线谱判为平台干扰，进行剔除；若小于门限，提取的线谱看作远场信号，进行保留。
15、所述步骤s1中，远场波束形成采用延时相加波束形成算法，通过计算各阵元在期望方向上的传播延时并进行补偿，使得阵列输出对期望方向上的来波信号可以同相叠加，从而使阵列在该方向上产生一个主瓣波束，而对其他方向上产生较小的响应。具体过程为：
16、假设有m个阵元，参考点为o，信号来波方向θ0，当参考点处接收信号为s0(n)时，第i个阵元接收信号为si(n)＝s0(n+τi(θ0))，其中τi(θ0)为第i个阵元接收信号与参考点接收信号之间的时间差。若波束形成方位为θj，则各阵元需延时补偿τi(θj)，经过延时相加波束形成后的阵列输出为：
17、
18、所述步骤s2中，短时功率谱是在对波束数据进行短时傅里叶变换的基础上采用周期图法对功率谱进行估计，具体过程为：
19、
20、
21、其中，n为离散时间序列，wn(n)为滑动窗函数，n为滑动窗窗长，l为滑动窗步进，m代表滑动窗移动次数，k对应频点，sn(θj，k，m)为对θj方向波束形成数据所求短时频谱，p(θj，k，m)为对应数据所求短时功率谱。
22、所述步骤s4中，提取线谱频点，求频点声呐接收信号的归一化指向性，是由该频点信号在各波束数据中的短时功率谱获得，假设传统脉冲信号检测方法提取的线谱频点为k，其归一化指向性计算公式为：
23、
24、其中，θ为波束形成方位集合，p(θj，k，m)为对θj方位波束形成数据在第m个窗第k个频点所求的短时功率谱。
25、所述步骤s6中，m元阵列理论归一化指向性计算公式为：
26、
27、根据阵型的不同，上式可进行简化。对于m元均匀线列阵，阵元间距为d，采样频率为fs，滑动窗窗长为n，信号频点为k，对应信号波长为λ＝cn/(kfs)，其中c为声速。当信号入射方位为θ0，其理论指向性公式为：
28、
29、当d/λ＜＜1时，此时线阵可看作连续线阵，用l＝md表示基阵长度，其理论指向性公式为：
30、
31、对m元均匀分布的圆阵，半径为r，相邻两基元的夹角α＝2π/m，信号入射方向为θ0，波束形成方向为θj，信号频点为k，滑动窗窗长为n时对应频率为f＝kfs/n，其理论指向性公式为：
32、
33、其中，δi(θj)＝τi(θj)-τi(θ0)，τi(θj)的计算公式为：
34、
35、所述步骤s7的绝对差值计算公式为：
36、其中，为波束形成方位集合。
37、所述步骤s8中，绝对差值在各区间的分布比例由直方图统计的方法进行计算，先统计绝对差值分别在所划分n个区间的分布个数xi(i＝1，2，…，n)，再除以绝对差值总个数即波束形成的方位个数k，即可获得绝对差值在各区间的分布比例：
38、pi＝xi/k(i＝1，2，…，n)
39、其中，
40、所述步骤s9中，差值熵计算过程为：
41、
42、其中，a为底数，当pi＝0时，pi loga pi＝0。
43、所述步骤s10中，通过选取零到只有干扰存在时差值熵的最小值区间内的某个值作为判决门限，可选取区间的中值，将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤S1中，远场波束形成采用延时相加波束形成算法，通过计算各阵元在期望方向上的传播延时并进行补偿，使得阵列输出对期望方向上的来波信号同相叠加，从而使阵列在该方向上产生一个主瓣波束，而对其他方向上产生较小的响应；具体过程为：
3.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤S2中，短时功率谱是在对波束数据进行短时傅里叶变换的基础上采用周期图法对功率谱进行估计，具体过程为：
4.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤S4中，提取线谱频点，求频点声呐接收信号的归一化指向性，是由该频点信号在各波束数据中的短时功率谱获得，设脉冲信号检测方法提取的线谱频点为k，其归一化指向性计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰
6.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤S7的绝对差值计算公式为：
7.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤S8中，绝对差值在各区间的分布比例由直方图统计的方法进行计算，先统计绝对差值Dd(θj)在所划分n个区间的分布个数xi(i＝1,2,…,n)，再除以绝对差值总个数即波束形成的方位个数K，即可获得绝对差值在各区间的分布比例：
8.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤S9中，差值熵计算过程为：
9.一种计算机设备，其特征在于：该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行上述计算机程序时实现如权利要求1-8中任一项所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：该计算机可读存储介质存储有执行如权利要求1-8中任一项所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法的计算机程序。
...【技术特征摘要】
1.一种基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤s1中，远场波束形成采用延时相加波束形成算法，通过计算各阵元在期望方向上的传播延时并进行补偿，使得阵列输出对期望方向上的来波信号同相叠加，从而使阵列在该方向上产生一个主瓣波束，而对其他方向上产生较小的响应；具体过程为：
3.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤s2中，短时功率谱是在对波束数据进行短时傅里叶变换的基础上采用周期图法对功率谱进行估计，具体过程为：
4.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤s4中，提取线谱频点，求频点声呐接收信号的归一化指向性，是由该频点信号在各波束数据中的短时功率谱获得，设脉冲信号检测方法提取的线谱频点为k，其归一化指向性计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于远场目标空域特性的抗平台干扰脉冲信号检测线谱提取方法，其特征在于，所述步骤s6中，m元阵列理论归一化指...
【专利技术属性】
技术研发人员：方世良，解圆圆，刘健建，安文威，
申请(专利权)人：南京世海声学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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