基于循环谱截面特征的舰船辐射噪声线谱稳健提取方法

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于循环谱截面特征的舰船辐射噪声线谱稳健提取方法。

背景技术

在复杂的海洋环境下能够对水面及水下目标辐射噪声低频线谱特征进行稳定提取，是水声领域的学者们长期关注的研究内容。

短时傅里叶变换是线谱提取的一种常用方法，但是该方法抗噪声能力较差。由于高阶累积量法具有自动抑制高斯噪声的能力，因此基于高阶累积量的谱分析方法在线谱分析中得到重视。文献《时间序列分析一高阶统计量方法》详细研究了高阶累积量的算法特性及相对功率谱的突出优势，但是高阶累积量的计算复杂度较大。文献《小波变换用于舰船辐射噪声调制信息检测》利用小波的多分辨分析方法，实现调制信号和舰船辐射噪声的分离，其结果表明该方法在一定条件下可以更好地提取舰船辐射噪声的调制信息，但是小波基的选取目前主要靠经验选择，并且不同小波基的选取对算法的影响较大，导致该算法的稳健性不强。文献《基于高阶统计量的水下目标动态谱特征增强研究》结合自适应线谱增强技术和高阶统计量的分析方法，提出了基于四阶累积量切片的自适应动态线谱增强算法，并在理论上证明了该算法能获得较大的信噪比增益，且能在低信噪比的情况下有效地实现高斯色噪声与水下目标线谱信号的分离，但是该方法的稳健性较差，且计算复杂度较高，工程实现较难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于循环谱截面特征的舰船辐射噪声线谱稳健提取方法，具有较强的抗噪声能力且易于工程实现。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于循环谱截面特征的舰船辐射噪声线谱稳健提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、获取舰艇噪声特征采样数据，对其进行预处理，得到舰艇辐射噪声数据，转入S20。

S20、将舰艇辐射噪声数据进行分帧处理，计算其频率等于零的循环谱截面特征，并对截面特征进行累积处理，得到经过累积处理的循环谱截面特征

S30、根据经过累积处理的循环谱截面特征

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明充分利用了舰船辐射噪声的循环平稳性，抗噪声能力强，同时该方法解决了低信噪比条件下，线谱难以判断的问题，以及解决了由于频率平滑点数设置不合理导致循环谱截面线谱特征丢失情况，并且该方法仅仅计算循环谱的一个截面特征，运算速度快，适合工程上对辐射噪声线谱进行快速稳健提取。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为根据本发明实施例的辐射噪声的时域图。

图3为根据本发明实施例提取的辐射噪声线谱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前常用的辐射噪声线谱提取方法中基于直接短时傅里叶变换法，抗噪声能力较差。基于高阶累积量的方法计算复杂度较大，不利于工程实践。基于小波变换的方法稳定性较差。本发明的辐射噪声线谱提取方法，充分利用了辐射噪声的循环平稳性，抗噪声能力较强，同时本方法不存在基函数的选取等问题，并且创新性地解决了低信噪比条件下，线谱难以判断的问题，以及创新性地解决了由于频率平滑点数设置不合理导致循环谱截面线谱特征丢失情况，算法稳定性较强。

参照图1，本发明的一种基于循环谱截面特征的舰船辐射噪声线谱稳健提取方法，包括以下步骤：

S10、获取舰艇噪声特征采样数据，对其进行预处理，得到舰艇辐射噪声数据，具体如下：

S11、将从传感器实时接收的或者存储器中存储的N个采样点的舰艇声纹数据作为舰艇噪声特征采样数据x(n),n＝0,1,···,N-1，采样频率为f

S12、对舰艇噪声特征采样数据x(n)进行带通滤波得到舰艇辐射噪声数据x

x

这里Filter(·)代表带通滤波运算，带通滤波器的上下限截止频率对应为f

所述带通滤波器的上限截止频率f

转入S20。

S20、将舰艇辐射噪声数据进行分帧处理，计算其频率等于零的循环谱截面特征，并对截面特征进行累积处理，得到经过累积处理的循环谱截面特征

S21、将舰艇辐射噪声数据x

S22、对每一帧数据x

其中，j表示虚数，l表示离散数据点数索引。

S23、计算每一帧数据x

循环谱的循环频率α的取值范围为0≤α

其中频率平滑点数总数M的计算公式如下：

M＝2^(nextpow2(f

令中间变量T＝nextpow2(f

S24、对计算得到的Q帧

S25、对

其中max(·)表示取最大值运算。

转入S30。

S30、根据经过累积处理的循环谱截面特征

S31、对

若同时满足以下条件：

则判定α

S32、若K＞0，则对初步判断的线谱频率集合{α

或/>

则确定判断α

S33、若α

若满足，则判定α

实施例1

仿真信号参数设置为：辐射噪声的调制线谱真实频率为10Hz、20Hz和30Hz，真实线谱频率为35Hz。图2所示为需要提取线谱的辐射噪声的时域图；图3为根据本发明方法提取的辐射噪声线谱。

从实施例的结果可以看出，本发明线谱提取方法提取到的线谱频率为

10.0098Hz、20.0195Hz、30.0293Hz和35.0342Hz，与线谱真实频率误差低于

0.1Hz，线谱频率提取的精确度较高。