基于抹香鯨叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水下聲探測(cè)領(lǐng)域，特別是基于抹香鯨叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 抹香鯨群在海洋中活動(dòng)時(shí)，會(huì)不停地向水中發(fā)射出不同的單脈沖信號(hào)，人們常將 這些單脈沖信號(hào)統(tǒng)稱為抹香鯨的叫聲。如果使用抹香鯨叫聲作為實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)距離測(cè)量的 載體，敵方會(huì)誤以為接收到的脈沖信號(hào)來自抹香鯨群而非主動(dòng)測(cè)距裝置，因此，能起到偽裝 主動(dòng)測(cè)距裝置，提尚隱蔽性的能力。
[0003] 但是，在抹香鯨群所發(fā)出的大量單脈沖信號(hào)中，并不是所有的單脈沖都具有優(yōu)良 性能，能實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)距離的精確測(cè)量；為此，本發(fā)明提出了一種水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選 方法，通過該方法，能從抹香鯨群所發(fā)出的大量單脈沖中篩選出一些測(cè)距單脈沖，這些測(cè)距 單脈沖具有距離分辨率高、多普勒容限大的特點(diǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)距離參數(shù)精確測(cè)量 的良好信號(hào)載體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在：
[0005] (1)利用抹香鯨叫聲對(duì)水下目標(biāo)測(cè)距設(shè)備進(jìn)行偽裝，提高其隱蔽性；
[0006] (2)提出了一種水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法，通過該方法，能從抹香鯨群所發(fā)出 的大量單脈沖中篩選出一些測(cè)距單脈沖，這些測(cè)距單脈沖具有距離分辨率高、多普勒容限 大的特點(diǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)距離參數(shù)精確測(cè)量的良好信號(hào)載體。
[0007] 為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于抹香鯨叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選裝 置，由抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器、脈沖摘取器、抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器、模糊函數(shù)運(yùn)算 器、模糊函數(shù)篩選器、脈沖映射器、單脈沖集合存儲(chǔ)器、互相關(guān)運(yùn)算器和測(cè)距單脈沖存儲(chǔ)器 組成；
[0008] 抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)海量的原始聲數(shù)據(jù)；
[0009] 脈沖摘取器用于從原始聲數(shù)據(jù)中摘取出叫聲脈沖；
[0010] 抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)被摘取出的叫聲脈沖；
[0011] 模糊函數(shù)運(yùn)算器用于對(duì)摘取出的叫聲脈沖求取距離速度模糊函數(shù)；
[0012] 模糊函數(shù)篩選器用于從求取的距離速度模糊函數(shù)中篩選出距離分辨力高且多普 勒容限大的模糊函數(shù)；
[0013] 脈沖映射器用于找出與距離分辨力高且多普勒容限大的模糊函數(shù)相對(duì)應(yīng)的單脈 沖，并將這些單脈沖存儲(chǔ)在單脈沖集合存儲(chǔ)器中；
[0014] 互相關(guān)運(yùn)算器對(duì)單脈沖集合存儲(chǔ)器中的任意兩個(gè)單脈沖進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，并將互 相關(guān)運(yùn)算結(jié)果都小于閾值W的單脈沖存儲(chǔ)在測(cè)距單脈沖存儲(chǔ)器中。
[0015] 模糊函數(shù)篩選器根據(jù)距離速度模糊函數(shù)式乙）=￡噸)，(? + ，通過 單脈沖遍歷的方式，對(duì)抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)脈沖求取距離速度模糊函數(shù)，得到 m個(gè)距離速度模糊函數(shù)計(jì)算結(jié)果Xl(Td，|d)，x2(T d，|d)，···，XjTd, |d)，其中，m表示 抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫中單脈沖的個(gè)數(shù)，^代表相對(duì)時(shí)延，ξ 表相對(duì)多普勒頻率，s (t) 代表抹香鯨叫聲脈沖的信號(hào)波形。
[0016] 基于抹香鯨叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法，包括下列步驟：
[0017] 首先，從海量的抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)；并對(duì)每段讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行峰 值檢測(cè)，當(dāng)被檢測(cè)數(shù)據(jù)的峰值大于設(shè)定的閾值F時(shí)，以峰值所在時(shí)刻為參考，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加 窗篩選處理，且加窗寬度為T，T的大小可根據(jù)抹香鯨叫聲脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使所篩 選出來的叫聲脈沖是一個(gè)完整的抹香鯨發(fā)聲脈沖信號(hào)；對(duì)抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加窗篩選處 理后，得到抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫，并將該抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫放置于抹香鯨叫聲脈沖 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器中；
[0018] 然后，根據(jù)距離速度模糊函數(shù)式χ(~，己> =￡沖)/(『+ ，通過單脈沖遍 歷的方式，對(duì)抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)脈沖求取距離速度模糊函數(shù)，得到m個(gè)距離 速度模糊函數(shù)計(jì)算結(jié)果Xi(Td，U，x2(Td，U，···，x n(Td，U，其中，m表示抹香鯨叫 聲脈沖數(shù)據(jù)庫中單脈沖的個(gè)數(shù)，^代表相對(duì)時(shí)延，ξ 表相對(duì)多普勒頻率，s (t)代表抹香 鯨叫聲脈沖的信號(hào)波形；
[0019] 然后，根據(jù)水下目標(biāo)測(cè)距分辨力要求，設(shè)定一個(gè)叫聲脈沖篩選閾值Q ;同時(shí)，根據(jù) 測(cè)距系統(tǒng)所能容忍的目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度要求，也就是叫聲脈沖的多普勒容限要求，設(shè)定一 個(gè)叫聲脈沖篩選閾值D ;
[0020] 然后，根據(jù)距離分辨力和速度容忍要求，從m個(gè)距離速度模糊函數(shù)計(jì)算結(jié)果 Xi(Td，ld)，x2(id，|d)，···，xJu |d)中，篩選出距離分辨率小于Q且多普勒容限大 于D的叫聲脈沖；經(jīng)篩選后，得到e個(gè)模糊函數(shù)結(jié)果元0^4)，又機(jī),《),···$%〇顯然有 e < m成立；Q和D的大小可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)測(cè)速要求；
[0021] 然后，通過映射方式，將與e個(gè)滿足要求的模糊函數(shù)所對(duì)應(yīng)的叫聲單脈沖組成單 脈沖集合A ;
[0022] 最后利用計(jì)算機(jī)數(shù)值分析方法，對(duì)集合A中的任意兩個(gè)叫聲單脈沖進(jìn)行遍歷求取 互相關(guān)，設(shè)定互相關(guān)閾值W，優(yōu)選出互相關(guān)結(jié)果都小于閾值W的單脈沖，組成測(cè)距單脈沖集 合B ;注意所得到集合B中任意兩個(gè)單脈沖之間的互相關(guān)結(jié)果都小于閾值W。
[0023] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)與效果：
[0024] (1)利用抹香鯨叫聲對(duì)水下目標(biāo)測(cè)距設(shè)備進(jìn)行偽裝，提高其隱蔽性；
[0025] (2)提出了一種水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法，通過該方法，能從抹香鯨群所發(fā)出 的大量單脈沖中篩選出一些測(cè)距單脈沖，這些測(cè)距單脈沖具有距離分辨率高、多普勒容限 大的特點(diǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)距離參數(shù)精確測(cè)量的良好信號(hào)載體。
【附圖說明】
[0026] 圖1示出本發(fā)明中所述的單脈沖篩選器。
[0027] 圖2示出本發(fā)明中所述的用于測(cè)距的抹香鯨叫聲單脈沖優(yōu)選過程。
[0028] 圖3示出本發(fā)明中閾值F設(shè)定示意圖。
[0029] 圖4示出本發(fā)明中一個(gè)完整的抹香鯨發(fā)聲脈沖信號(hào)的加窗篩選圖。
[0030] 圖1中：1為抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器；2為脈沖摘取器；3為抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫 存儲(chǔ)器；4為模糊函數(shù)運(yùn)算器；5為模糊函數(shù)篩選器；6為脈沖映射器；7為單脈沖集合存儲(chǔ) 器；8為互相關(guān)運(yùn)算器；9為測(cè)距單脈沖存儲(chǔ)器。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于抹香鯨叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖 篩選方法及裝置。
[0032] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1)利用抹香鯨叫聲對(duì)水下目標(biāo)測(cè)距設(shè)備進(jìn)行偽裝，提高 其隱蔽性；（2)提出了一種水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法，通過該方法，能從抹香鯨群所發(fā) 出的大量單脈沖中篩選出一些測(cè)距單脈沖，這些測(cè)距單脈沖具有距離分辨率高、多普勒容 限大的特點(diǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)距離參數(shù)精確測(cè)量的良好信號(hào)載體。
[0033] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于抹香鯨叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法及裝 置，包括：
[0034] 第一步：利用抹香鯨群叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法的實(shí)現(xiàn)裝置。
[0035] 利用抹香鯨群叫聲的水下目標(biāo)測(cè)距單脈沖篩選方法在圖1所示的單脈沖篩選器 中完成，本發(fā)明所述單脈沖篩選器由抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器1、脈沖摘取器2、抹香鯨叫聲 脈沖數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器3、模糊函數(shù)運(yùn)算器4、模糊函數(shù)篩選器5、脈沖映射器6、單脈沖集合存儲(chǔ) 器7、互相關(guān)運(yùn)算器8和測(cè)距單脈沖存儲(chǔ)器9組成。
[0036] 進(jìn)一步地，抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器1用于存儲(chǔ)海量的原始聲數(shù)據(jù)；進(jìn)一步地，脈沖 摘取器2由峰值檢測(cè)器10和加窗篩選器11組成，如圖2所示；
[0037] 進(jìn)一步地，峰值檢測(cè)器10用于對(duì)抹香鯨叫聲進(jìn)行峰值檢測(cè)；
[0038] 進(jìn)一步地，加窗篩選器11用于對(duì)抹香鯨叫聲從時(shí)域上進(jìn)行截取；
[0039] 進(jìn)一步地，抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器3用于存儲(chǔ)被摘取出的叫聲脈沖；
[0040] 進(jìn)一步地，模糊函數(shù)運(yùn)算器4用于對(duì)摘取出的叫聲脈沖求取距離速度模糊函數(shù)；
[0041] 進(jìn)一步地，模糊函數(shù)篩選器5用于從求取的距離速度模糊函數(shù)中篩選出距離分辨 力高且多普勒容限大的模糊函數(shù)；
[0042] 進(jìn)一步地，脈沖映射器6用于找出與距離分辨力高且多普勒容限大的模糊函數(shù)相 對(duì)應(yīng)的單脈沖，并將這些單脈沖存儲(chǔ)在單脈沖集合存儲(chǔ)器7中；
[0043] 進(jìn)一步地，互相關(guān)運(yùn)算器8對(duì)單脈沖集合存儲(chǔ)器7中的任意兩個(gè)單脈沖進(jìn)行互相 關(guān)運(yùn)算，并將互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果都小于閾值W的單脈沖存儲(chǔ)在測(cè)距單脈沖存儲(chǔ)器9中。
[0044] 第二步：用于測(cè)距的抹香鯨叫聲單脈沖優(yōu)選過程如圖3所示；
[0045] 首先，從海量的抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器1中讀取數(shù)據(jù)；并對(duì)每段讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行 峰值檢測(cè)，當(dāng)被檢測(cè)數(shù)據(jù)的峰值大于設(shè)定的閾值F時(shí)（如圖4)，以峰值所在時(shí)刻為參考，對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗篩選處理，且加窗寬度為T，T的大小可根據(jù)抹香鯨叫聲脈沖的寬度進(jìn)行調(diào) 節(jié)，以使所篩選出來的叫聲脈沖是一個(gè)完整的抹香鯨發(fā)聲脈沖信號(hào)；對(duì)抹香鯨聲數(shù)據(jù)庫進(jìn) 行加窗篩選處理后，得到抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫，并將該抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫放置于抹 香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器3中；
[0046] 然后，根據(jù)距離速度模糊函數(shù)式5C(~忑^^^⑴/以^^^^心通過單脈沖遍 歷的方式，對(duì)抹香鯨叫聲脈沖數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)脈沖求取距離速度模糊函數(shù)，得到m個(gè)距離 速度模糊函數(shù)計(jì)算結(jié)果Xi(Td，U，x2(Td，U，···，x n(Td，U，其中，m表示抹香鯨叫 聲脈沖數(shù)據(jù)庫中單脈沖的個(gè)數(shù)，^代表相對(duì)時(shí)延，ξ 表相對(duì)多普勒頻率，s (t)代表抹香 鯨叫聲脈沖的信號(hào)波形；
[0047] 然后，根據(jù)水下目標(biāo)測(cè)距分辨力要求，設(shè)定一個(gè)叫聲脈沖篩選閾值Q ;同時(shí)，根據(jù) 測(cè)距系統(tǒng)所能容忍的目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度要求，也就是叫聲脈沖的多普勒容限要求，設(shè)定一 個(gè)叫聲脈沖篩選閾值D ;
[0048] 然后，根據(jù)距離分辨力和速度容忍要求，從m個(gè)距離速度模糊函數(shù)計(jì)算結(jié)果