【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及被动声呐舰船辐射噪声线谱检测与增强领域，尤其涉及一种利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法及系统。
技术介绍
1、舰船在航行过程中会产生辐射噪声，其中能量较高的线谱是舰船辐射噪声的重要特征量之一，包括由螺旋桨旋转及机械振动产生的线谱分量。在实际应用场景中，弱目标、强干扰和复杂信道等因素使得水声目标辐射噪声信噪比很低，且会出现谱线断续、弯曲等复杂现象。随着水中目标减震降噪的能力不断提升，其辐射噪声强度得到了有效控制，这使得对水中非合作目标的被动声呐探测变得越发困难。因此提高低信噪比情况下的线谱信号增强与检测跟踪能力成为当前水声信号处理技术中一个重要的热点与难点。
2、水声目标辐射噪声在1hz到100hz频带内主要频率成分为叶频的基频和谐波的单频分量、强度较低的空化噪声、海洋背景噪声及轴承摩擦产生的连续谱信号，对于低速舰船，线谱强度可高于附近连续谱10-25分贝。100hz到1000hz频带内，主要成分为空化噪声和随机噪声产生的连续谱，连续谱的形状为凸，谱峰左侧随频率增大增强，谱峰右侧随频率增大衰减，谱峰的位置与舰船种类、航行速度有关。航行快，谱峰频率低；深度浅，谱峰频率高。1000hz-8000hz频段的主要分量为调制谱，轴频及其倍频等窄带线谱经过其他宽带噪声调制得到，可利用包络检波法得到低频信号。
3、经典的水下目标识别方法所使用的特征为lofar(low frequency analysis andrecording)谱图、demon(detection of envelope mod
4、舰船辐射噪声的线谱分量是进行后续任务的重要特征，在进行线谱的检测与增强过程中，谱线的时间信息与频率信息都需要被准确提取并保留，因此上述方法仍需要进行改进。
5、使用hough变换提取lofar谱图中的谱线的方法，在谱图的生成过程中使用stft(short time fourier transform，短时傅里叶变换)引入了信号频谱随时间的变化，hough变换主要用于图像数据中的固定模式特征提取，hough变换的特点是抗干扰能力强，对图像中直线的残缺部分、噪声以及其他共存的非直线结构不敏感。但由于低频段下存在较高能量的宽带连续谱噪声，使得线谱特征被掩盖，该方法对于所需低频段的谱线提取性能较差。多时间段demon谱图加权融合方法无法对连续时间下线谱变化情况进行分析，融合时间段的选择较为困难，且在不同数据下差异较大，通常需要人工选择。融合过程中含有信号的频谱平稳假设，但是在较长的时间范围内，舰船辐射噪声通常不会保持频域的相对稳定，因此使用此方法进行时间融合后的demon谱会引入较大误差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法及系统。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，包括：
3、对采集的舰船水声信号进行分帧加窗后，先使用平方检波法进行解调，再使用短时傅里叶变换对每个时间窗的解调结果提取demon谱，将各时间段的demon谱按时序进行排列，生成时频demon谱图；
4、将时频demon谱图进行灰度二值化处理，再使用hough变换对提取出的灰度二值谱图进行增强以得到舰船的线谱特征。
5、优选的，所述对采集的舰船水声信号进行分帧加窗，包括：
6、采集的舰船水声信号y(n)＝[y1,y2,...,yn]，n＝1,2,...,m，m为信号长度，n表示信号数字采样的第n点；
7、帧长设置为n，帧移设置为第k帧的信号yk(n)为：
8、是最大帧数。
9、优选的，所述使用平方检波法进行解调，包括：
10、根据舰船类型的调制频段设置带通滤波器的截止频率，则第k帧信号输入带通滤波器的输出ykbandpass(n)为：ykbandpass(n)＝yk(n)*hb(n)，其中*为卷积符号；hb(n)为带通滤波器的单位冲激响应；
11、经平方检波后再经过低通滤波器输出yklowpass为：yklowpass＝|ykbandpass|2*hl(n)，其中，hl(n)为低通滤波器的单位冲激响应，低通滤波器的截止频率根据线谱的分布范围设置。
12、优选的，所述使用短时傅里叶变换对每个时间窗的解调结果提取demon谱，将各时间段的demon谱按时序进行排列，生成时频demon谱图，包括：
13、对每一帧信号计算n点快速傅里叶变换，第k帧快速傅里叶变换结果yk为：yk＝fft(yklowpass(n),n)，
14、计算每一帧信号的能量谱m表示第m点，m＝0,1,...,n-1；
15、将每一帧信号的能量谱按照时序进行堆叠，得到矩阵，即时频demon谱d为：其中，t表示转置。
16、优选的，所述将时频demon谱图进行灰度二值化处理，包括：
17、将矩阵d中的每一个元素进行归一化处理，
18、设置二值化阈值thgb，高于阈值的元素置1，否则置0，得到灰度二值谱图：
19、
20、其中，为第i行第j列元素，j＝0,2,...,n-1。
21、优选的，所述使用hough变换对提取出的灰度二值谱图进行增强以得到舰船的线谱特征，包括：
22、遍历灰度二值谱图内所有元素，将直角坐标系下的点经过极坐标变换再转化为霍夫空间的曲线；
23、建立霍夫投票箱，筛选投票箱中的极大值点；
24、分别滤除长度阈值外的谱线和角度阈值外的谱线，输出谱线。
25、优选的，所述建立霍夫投票箱，筛选投票箱中的极大值点；包括：<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述对采集的舰船水声信号进行分帧加窗，包括：
3.根据权利要求2所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述使用平方检波法进行解调，包括：
4.根据权利要求3所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述使用短时傅里叶变换对每个时间窗的解调结果提取DEMON谱，将各时间段的DEMON谱按时序进行排列，生成时频DEMON谱图，包括：
5.根据权利要求4所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述将时频DEMON谱图进行灰度二值化处理，包括：
6.根据权利要求5所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述使用hough变换对提取出的灰度二值谱图进行增强以得到舰船的线谱特征，包括：
7.根据权利要求6所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述建立霍夫投票箱，筛选投票箱中
8.根据权利要求7所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述滤除长度阈值外的谱线，包括：
9.一种利用hough变换提取时频谱图中谱线的系统，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述对采集的舰船水声信号进行分帧加窗，包括：
3.根据权利要求2所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述使用平方检波法进行解调，包括：
4.根据权利要求3所述的利用hough变换提取时频谱图中谱线的方法，其特征在于，所述使用短时傅里叶变换对每个时间窗的解调结果提取demon谱，将各时间段的demon谱按时序进行排列，生成时频demon谱图，包括：
5.根据权利要求4所述的利用hough变换提取时频谱...
【专利技术属性】
技术研发人员：李璇，庄世正，郝程鹏，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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