一種基于模型的海洋聲傳播調(diào)查爆炸波自動(dòng)截取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水下瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于模型的海洋聲傳播調(diào)查爆 炸波自動(dòng)截取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋聲傳播調(diào)查研究相關(guān)海域水聲信道的能量衰減特性，既是水聲信道物理規(guī)律 性研究的基礎(chǔ)，又為聲納設(shè)備的設(shè)計(jì)和研制提供依據(jù)。隨著海洋聲學(xué)調(diào)查的發(fā)展，從中可W 發(fā)現(xiàn)其發(fā)展趨勢(shì)是；海洋水聲調(diào)查的要素越來越多、越來越精細(xì)、數(shù)據(jù)量越來越大，從而對(duì) 數(shù)據(jù)處理技術(shù)的要求也越來越高。
[0003] 爆炸聲信號(hào)的檢測(cè)和截取是實(shí)現(xiàn)高效率數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)上對(duì)爆炸波的 信號(hào)手動(dòng)截?。簩?shù)據(jù)分成小段，觀察每小段的波形或計(jì)算每小段的頻譜，當(dāng)觀察到有類似 爆炸波的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行截取。該樣做效率低，虛警高，而且對(duì)數(shù)據(jù)處理人員專業(yè)性要求 比較高。所W，開發(fā)自動(dòng)信號(hào)截取的方法是做好聲學(xué)數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)處理過程 中，對(duì)爆炸波信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)與截取要求檢測(cè)器有高檢測(cè)概率和低虛警概率，分別對(duì)應(yīng)信號(hào) 漏報(bào)低和信號(hào)虛警低。該直接影響到后期將截取到的爆炸聲信號(hào)和爆炸聲源記錄對(duì)應(yīng)的相 關(guān)工作量的大小。
[0004] 海洋聲傳播調(diào)查實(shí)驗(yàn)中，一般采用雙船配置、單船和錯(cuò)底潛標(biāo)配置，他們的共同點(diǎn) 是，發(fā)射船沿著固定的測(cè)線走航，同時(shí)在不同的位置投放聲源，聲源可能采用爆炸波、等離 子體源或有規(guī)發(fā)射信號(hào)等，接收垂直陣在固定的位置接收聲源信號(hào)，該里考慮爆炸聲源。
[0005] 從大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，噪聲由海洋背景噪聲和脈沖狀干擾組成，前者可W 近似認(rèn)為是高斯噪聲，后者是具有重拖尾的非高斯噪聲。噪聲的存在使爆炸波信號(hào)檢測(cè)時(shí) 引起虛警。由于爆炸波信號(hào)的波形并不確知，需要看作為一類隨機(jī)信號(hào)，導(dǎo)出的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量 為能量檢測(cè)器。當(dāng)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于設(shè)定的口限值時(shí)，我們認(rèn)為檢測(cè)到信號(hào)。然而由于一條 測(cè)線通?？缭綌?shù)十到數(shù)百公里，信號(hào)的能量存在3?5個(gè)量級(jí)的變化，導(dǎo)致幾十分貝信噪 比的變化，因而若采用單個(gè)口限值，在發(fā)射-接收陣距離很大時(shí)，爆炸波能量衰減大信噪比 低，導(dǎo)致很高的漏報(bào)。若降低口限值，在發(fā)射-接收距離小時(shí)，又由于脈沖狀干擾的存在，導(dǎo) 致高的虛警。因此單一口限，很難滿足實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境中近距離處的低虛警概率和遠(yuǎn)距離處 的高檢測(cè)概率的需求，有必要采用隨著距離變化的自適應(yīng)能量檢測(cè)口限，近發(fā)射-接收陣 距離處提高口限，W有效降低脈沖狀噪聲引起的虛警，遠(yuǎn)發(fā)射-接收陣距離處降低口限，W 有效提高爆炸波的檢測(cè)概率?；诖?，提出了一種基于模型的海洋聲傳播調(diào)查爆炸波自動(dòng) 截取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于模型的海洋聲傳播調(diào)查爆 炸波自動(dòng)截取方法，使得對(duì)同一條測(cè)線上聲傳播數(shù)據(jù)爆炸波檢測(cè)有較高的檢測(cè)概率和較低 的虛警概率。
[0007] 一種基于模型的海洋聲傳播調(diào)查爆炸波自動(dòng)截取方法，所述測(cè)量方法包括如下步 驟：
[000引 （1)對(duì)接收陣接收的數(shù)據(jù)，在聲源-接收陣距離r。附近人工截取爆炸波數(shù)據(jù)樣本， 計(jì)算每個(gè)樣本所有通道濾波后爆炸波能量和平均值巨。；
[0009] (2)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的海深、聲速剖面、聲源和接收陣位置、海底聲學(xué)特性等信息，利 用聲傳播模型預(yù)報(bào)水聲調(diào)查環(huán)境下聲源-接收陣距離r。處的聲傳播損失值;
[0010] (3)讀入一帖接收陣接收的數(shù)據(jù)；
[0011] (4)對(duì)每個(gè)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；
[0012] (5)計(jì)算各個(gè)通道能量，和所有通道能量累加和，找到能量最大位置；
[0013] (6) W最大能量位置為基準(zhǔn)，加窗W。，利用窗外數(shù)據(jù)估計(jì)該帖數(shù)據(jù)濾波后單通道噪 聲成分的平均方差0 2;
[0014] (7) W最大能量位置為基準(zhǔn)，加窗W,，利用窗內(nèi)數(shù)據(jù)計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T ;
[0015] (8)計(jì)算窗W,的窗位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間，計(jì)算該時(shí)刻聲源-接收陣之間的距離r ;
[0016] (9)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的海深、聲速剖面、聲源和接收陣位置、海底聲學(xué)特性等信息，利 用聲傳播模型預(yù)報(bào)水聲調(diào)查環(huán)境下聲源-接收陣距離r處的聲傳播損失值TLf;
[0017] (10)根據(jù)（1)似做（9)的結(jié)果預(yù)估的爆炸波截取窗W,內(nèi)的總能量后，并設(shè)定檢 測(cè) 口限丫 'max (r);
[0018] (11)將噪聲分解為獨(dú)立的高斯海洋背景噪聲和脈沖狀干擾的線性疊加，根據(jù)給定 的虛警概率P'M，計(jì)算只有高斯海洋背景噪聲存在時(shí)的檢測(cè)口限丫 '（r);
[0019] (。）根據(jù) W下公式計(jì)算口限：丫（r) = max(丫'max(r)，丫 '（r))
[0020] (蝴如果檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T大于口限值，則截取窗w,內(nèi)的信號(hào)作為爆炸波信號(hào)，否則， 重復(fù)（3)?（蝴。
[0021] 所述的步驟（1)或（2)中發(fā)射-接收陣距離r。在采用爆炸聲源的前提下參考值 為5?10倍接收陣布陣位置海深的距離。
[0022] 所述的步驟（2)或巧）中利用聲場(chǎng)傳播模型預(yù)報(bào)不同聲源-接收陣距離處的聲傳 播損失值的具體方法為；首先，從接收數(shù)據(jù)中，人工截取n個(gè)爆炸波信號(hào)樣本，分別做離散 傅里葉變換，頻譜歸一化后求平均得到聲源信號(hào)頻譜；利用聲傳播模型計(jì)算并合成該聲源 在不同接收位置的寬帶信號(hào)，計(jì)算寬帶聲源信號(hào)在相應(yīng)聲源-接收位置處的聲傳播損失， 并對(duì)不同接收水聽器深度的聲傳播損失取平均。
[0023] 所述的步驟（1)或步驟（4)中濾波器為高通濾波器，濾波器的截止頻率根據(jù)噪聲 或干擾占據(jù)的主要頻帶范圍確定，截止頻率取為有效噪聲或干擾頻帶的上限，例如取lOOHz 或 200Hz。
[0024] 所述的步驟巧）中所有通道能量累加和計(jì)算方法為；首先，對(duì)每個(gè)通道信號(hào)按同 樣的時(shí)間窗分段，計(jì)算每小段內(nèi)能量，分段長(zhǎng)度根據(jù)數(shù)據(jù)特征設(shè)置，然后，將不同通道同一 時(shí)間窗對(duì)應(yīng)的段內(nèi)能量累加，得到所有通道能量累加和。
[0025] 所述的步驟化）中平均方差的計(jì)算方法為；首先，W最大能量位置為基準(zhǔn)加窗W。， 窗長(zhǎng)應(yīng)使得當(dāng)存在爆炸波時(shí)將爆炸波全部包含在窗內(nèi)；然后，