專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水聲捷變信號(hào)多參量聯(lián)合估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水聲信號(hào)處理方法，具體地說(shuō)是一種水聲捷變信號(hào)的多參量 聯(lián)合估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
頻率捷變技術(shù)是現(xiàn)代水聲對(duì)抗中廣泛使用的一種新型手段，利用頻率捷變技術(shù)設(shè) 計(jì)的脈沖信號(hào)，其相鄰發(fā)射脈沖或脈沖組間的載波頻率會(huì)在一定范圍內(nèi)以很高的速度隨機(jī) 跳變，并且由于這種頻率捷變以某種偽隨機(jī)編碼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得偵察方難以根據(jù)已經(jīng) 收到的脈沖頻率來(lái)預(yù)測(cè)下一組脈沖的頻率，增加了信號(hào)檢測(cè)估計(jì)的難度。很多水聲學(xué)者對(duì)水聲捷變信號(hào)的檢測(cè)和估計(jì)展開(kāi)了研究。葛利佳提出了一種基于 陣列信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻率捷變信號(hào)的頻率/方向聯(lián)合估計(jì)處理的方法([1]葛利嘉.頻 率捷變信號(hào)的頻率/方向聯(lián)合估計(jì)[J]電子科技大學(xué)學(xué)報(bào).1995)，但是該方法利用矩陣 運(yùn)算，適用于陣列信號(hào)處理。梁國(guó)龍首次將瞬時(shí)頻率序列和其統(tǒng)計(jì)特性綜合利用和分析 ([2]梁國(guó)龍.回波信號(hào)瞬時(shí)參數(shù)序列分析及其應(yīng)用研究[D]哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué) 院.1997)并提出了一種針對(duì)脈沖回波信號(hào)的性能穩(wěn)健的新型檢測(cè)器——瞬時(shí)頻率方差檢 測(cè)器。蒼巖([3]蒼巖.捷變頻信號(hào)參量提取技術(shù)研究[D]哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué) 院.2006)研究了捷變頻信號(hào)的時(shí)頻分布問(wèn)題，提出了一種基于頻譜圖-維格納分布的捷變 頻信號(hào)瞬時(shí)頻率提取技術(shù)，但計(jì)算量較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)水聲捷變信號(hào)的檢測(cè)和參量估 計(jì)的水聲捷變信號(hào)多參量聯(lián)合估計(jì)方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的1、接收采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)FFT的功率譜估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)脈沖內(nèi)信號(hào)頻率的估計(jì)，通過(guò)對(duì) 檢測(cè)得到的水聲捷變信號(hào)作FFT獲取頻譜后，取頻譜內(nèi)的峰值頻率作為中心頻率&的估計(jì) 值；2、以自適應(yīng)陷波濾波器為基礎(chǔ)，采用LMS算法對(duì)水聲捷變信號(hào)自適應(yīng)濾波，得到 相應(yīng)的自適應(yīng)濾波器權(quán)值；3、采用基于自適應(yīng)濾波器權(quán)值的水聲捷變信號(hào)的瞬時(shí)頻率、幅度聯(lián)合估計(jì)，即根 據(jù)自適應(yīng)濾波器權(quán)值權(quán)向量Us和~求解瞬時(shí)頻率估計(jì)和幅度估計(jì)。所述的基于自適應(yīng)濾波器權(quán)值的瞬時(shí)頻率、幅度聯(lián)合估計(jì)(1.3)，其特征是采用 基于LMS算法的自適應(yīng)陷波濾波器，并利用上一步得到的中心頻率的估計(jì)值f；作為中心頻 點(diǎn)，利用權(quán)值與瞬時(shí)頻率及幅度估計(jì)的關(guān)系將求解的瞬時(shí)頻率估計(jì)和幅度估計(jì)逐一記錄， 算法穩(wěn)健、簡(jiǎn)單，無(wú)需先驗(yàn)信息且具有跟蹤的趨向。本發(fā)明的核心技術(shù)內(nèi)容在于基于自適應(yīng)濾波器權(quán)值的水聲捷變信號(hào)瞬時(shí)頻率、幅 度聯(lián)合估計(jì)。大多數(shù)頻率估計(jì)技術(shù)如過(guò)零檢測(cè)類(lèi)方法對(duì)噪聲比較敏感，隨著信噪比降低性能急劇下降。線性預(yù)測(cè)類(lèi)的頻率估計(jì)器適用于中高信噪比，且需要對(duì)原信號(hào)作變換獲得信 號(hào)相位，增大了運(yùn)算量。自適應(yīng)濾波器具有適應(yīng)信道等環(huán)境能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)， 算法采用最小均方誤差準(zhǔn)則，算法穩(wěn)健、簡(jiǎn)單。 本發(fā)明包括的水聲捷變信號(hào)估計(jì)方法的主要內(nèi)容為采用基于FFT變換得到的頻 譜估計(jì)水聲捷變信號(hào)近似中心頻率fo，再對(duì)水聲捷變信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波，利用穩(wěn)態(tài)的濾 波器權(quán)值之比得到估計(jì)水聲捷變信號(hào)瞬時(shí)頻率估計(jì)，利用得到的濾波器權(quán)值平方得到水聲 捷變信號(hào)的幅度估計(jì)。由于采用自適應(yīng)算法，確保了水聲捷變信號(hào)瞬時(shí)頻率估計(jì)、幅度估計(jì) 的自適應(yīng)跟蹤，對(duì)于復(fù)雜水聲捷變結(jié)構(gòu)信號(hào)的情況，可以有效地實(shí)現(xiàn)捷變信號(hào)參量的聯(lián)合 估計(jì)。


圖1水聲捷變信號(hào)檢測(cè)估計(jì)的流程圖；圖2水聲捷變信號(hào)的FFT頻譜示意圖；圖3自適應(yīng)陷波濾波器的原理圖；圖4水聲捷變信號(hào)的自適應(yīng)濾波幅度估計(jì)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體說(shuō)明水聲捷變信號(hào)檢測(cè)估計(jì)方法的流程圖如圖1所示，主要步驟為1.初始化參數(shù)(a)設(shè)定FFT點(diǎn)數(shù)N，一股情況為略大于信號(hào)長(zhǎng)度的2的整數(shù)倍。(b)初始化自適應(yīng)陷波濾波器參數(shù)，中心頻率fQ = 0，設(shè)定搜索步長(zhǎng)μ =0.01，權(quán) 向量Us = 0和U。= 0 ；2.采用基于FFT變換得到的頻譜估計(jì)水聲捷變信號(hào)近似中心頻率&，取頻譜內(nèi)譜 峰的頻率值作為中心頻率fo的估計(jì)值。具體示意如圖2所示，實(shí)例中& = 7000Hz。3.采用基于自適應(yīng)濾波器權(quán)值的脈沖信號(hào)的瞬時(shí)頻率、幅度聯(lián)合估計(jì)。本方法采 用的是自適應(yīng)陷波濾波器權(quán)值，其濾波原理圖如圖3所示。圖中，濾波器的中心頻率為&， 由步驟3的估計(jì)結(jié)果決定，濾波器期望輸入為時(shí)間序列d(k) =x(k)+n(k)，k為時(shí)間序號(hào)， x(k)為水聲捷變信號(hào)，η (k)為寬帶噪聲，X。(k)和Xs(k)為兩路正交參考輸入，us和u。為權(quán) 值輸出，ε (k)為殘差輸出，Y (k)為信號(hào)輸出。具體可以按下面的操作根據(jù)初始化的搜索步長(zhǎng)μ，權(quán)向量Us和u。，殘差ε，采用LMS算法求解自適應(yīng)濾 波器權(quán)值的公式為
權(quán)利要求
一種水聲捷變信號(hào)多參量聯(lián)合估計(jì)方法，其特征是包括如下步驟(1)、接收采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)FFT的功率譜估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)脈沖內(nèi)信號(hào)頻率的估計(jì)，通過(guò)對(duì)檢測(cè)得到的水聲捷變信號(hào)作FFT獲取頻譜后，取頻譜內(nèi)的峰值頻率作為中心頻率f0的估計(jì)值；(2)、以自適應(yīng)陷波濾波器為基礎(chǔ)，采用LMS算法對(duì)水聲捷變信號(hào)自適應(yīng)濾波，得到相應(yīng)的自適應(yīng)濾波器權(quán)值；(3)、采用基于自適應(yīng)濾波器權(quán)值的水聲捷變信號(hào)的瞬時(shí)頻率、幅度聯(lián)合估計(jì)，即根據(jù)自適應(yīng)濾波器權(quán)值權(quán)向量us和ue求解瞬時(shí)頻率估計(jì)和幅度估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水聲捷變信號(hào)多參量聯(lián)合估計(jì)方法，其特征是所述的基 于自適應(yīng)濾波器權(quán)值的瞬時(shí)頻率、幅度聯(lián)合估計(jì)是采用基于LMS算法的自適應(yīng)陷波濾波 器，并利用上一步得到的中心頻率的估計(jì)值fo作為中心頻點(diǎn)，利用權(quán)值與瞬時(shí)頻率及幅度 估計(jì)的關(guān)系將求解的瞬時(shí)頻率估計(jì)和幅度估計(jì)逐一記錄。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種水聲捷變信號(hào)多參量聯(lián)合估計(jì)方法。(1)接收采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)FFT的功率譜估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)脈沖內(nèi)信號(hào)頻率的估計(jì)，通過(guò)對(duì)檢測(cè)得到的水聲捷變信號(hào)作FFT獲取頻譜后，取頻譜內(nèi)的峰值頻率作為中心頻率f0的估計(jì)值；(2)以自適應(yīng)陷波濾波器為基礎(chǔ)，采用LMS算法對(duì)水聲捷變信號(hào)自適應(yīng)濾波，得到相應(yīng)的自適應(yīng)濾波器權(quán)值；(3)采用基于自適應(yīng)濾波器權(quán)值的水聲捷變信號(hào)的瞬時(shí)頻率、幅度聯(lián)合估計(jì)，即根據(jù)自適應(yīng)濾波器權(quán)值權(quán)向量us和ue求解瞬時(shí)頻率估計(jì)和幅度估計(jì)。本發(fā)明采用自適應(yīng)算法，確保了水聲捷變信號(hào)瞬時(shí)頻率估計(jì)、幅度估計(jì)的自適應(yīng)跟蹤，對(duì)于復(fù)雜水聲捷變結(jié)構(gòu)信號(hào)的情況，可以有效地實(shí)現(xiàn)捷變信號(hào)參量的聯(lián)合估計(jì)。
文檔編號(hào)H04B13/02GK101989883SQ201010551039
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者付進(jìn), 林旺生, 梁國(guó)龍, 王燕, 王逸林, 范展 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)