【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水下目標(biāo)識別，尤其涉及一種基于全息希爾伯特譜分析的demon譜分析頻帶選取方法及裝置。
技術(shù)介紹
1、水下目標(biāo)輻射噪聲信號中通常包含有許多反映目標(biāo)本質(zhì)的特征量，基于水下目標(biāo)輻射噪聲的特征提取方法是實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)精準(zhǔn)探測的一種有效手段。因此，對水下目標(biāo)進(jìn)行探測和識別的關(guān)鍵在于能否從其輻射噪聲中準(zhǔn)確地提取出反映水下航行器本質(zhì)的有效特征。
2、艦船、水下航行器等水下目標(biāo)的輻射噪聲可分為三類，分別是水下航行器內(nèi)部各種機(jī)械裝置(例如動力機(jī)械)振動產(chǎn)生的機(jī)械噪聲；螺旋槳在水中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的螺旋槳噪聲，包括螺旋槳空化噪聲和螺旋槳旋轉(zhuǎn)噪聲；以及水下航行器在水中航行時(shí)，航行器的殼體與水體相互作用產(chǎn)生的水動力噪聲。由螺旋槳轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的軸頻、葉頻及其諧波頻率的低頻線譜往往以調(diào)制的形式存在于高頻空化噪聲連續(xù)譜中。噪聲包絡(luò)調(diào)制檢測(detectionofenvelope?modulation?onnoise，demon)分析是一種通過對接收的具有調(diào)制特性的寬帶高頻信號進(jìn)行解調(diào)，并對包絡(luò)信號進(jìn)行譜分析，從而獲得低頻段的調(diào)制譜特征的方法。通過demon分析可以獲得目標(biāo)軸頻、葉頻等特征信息。
3、在實(shí)際使用demon譜分析方法對水下航行器進(jìn)行分類和跟蹤時(shí)，帶通濾波器頻帶范圍的選擇會顯著影響算法性能。傳統(tǒng)的demon譜分析方法需要人為的選擇帶通濾波器的頻帶范圍，在實(shí)際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的盲目性。當(dāng)選取的頻帶范圍不具有調(diào)制特性或調(diào)制特性不強(qiáng)時(shí)，信號中的有用信息可能會被濾除，獲得的demon譜中反映螺旋槳軸頻、葉頻及槳葉數(shù)等參數(shù)信息的特征線
4、因此，如何準(zhǔn)確地選擇帶通濾波器的頻帶范圍是demon譜分析算法急需解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種基于全息希爾伯特譜分析的demon譜分析頻帶選取方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中demon譜分析方法中帶通濾波器頻帶范圍難以選擇的問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)實(shí)施例的技術(shù)方案是：
3、本專利技術(shù)的第一方面提供一種基于全息希爾伯特譜分析的demon譜分析頻帶選取方法，該方法包括：
4、對獲得的水下目標(biāo)輻射噪聲信號進(jìn)行頻譜分析，得到所述輻射噪聲信號的主要頻率范圍，并對所述輻射噪聲信號進(jìn)行降采樣處理，得到簡化后的輻射噪聲信號；
5、通過短時(shí)傅里葉變換對所述簡化后的輻射噪聲信號進(jìn)行時(shí)頻分析，并結(jié)合時(shí)域圖進(jìn)行信號截取，得到截取后的輻射噪聲信號；
6、基于全息希爾伯特譜分析中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，將所述截取后的輻射噪聲信號分解為多個(gè)本征模函數(shù)，并對每一所述本征模函數(shù)進(jìn)行希爾伯特譜分析，得到每一所述本征模函數(shù)的幅度變化函數(shù)和載波頻率變化函數(shù)；
7、計(jì)算每一所述本征模函數(shù)的包絡(luò)，并對每一所述包絡(luò)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和希爾伯特譜分析，得到包絡(luò)幅度變化函數(shù)和調(diào)制頻率變化函數(shù)；
8、對所述載波頻率變化函數(shù)、所述調(diào)制頻率變化函數(shù)和所述包絡(luò)幅度變化函數(shù)的時(shí)間變量進(jìn)行積分，得到全息希爾伯特調(diào)幅譜；
9、基于所述全息希爾伯特調(diào)幅譜得到所述截取后的輻射噪聲信號的調(diào)制頻率和載波頻率之間的對應(yīng)關(guān)系，確定demon譜分析中帶通濾波器的頻帶范圍，對所述截取后的輻射噪聲信號進(jìn)行demon譜分析，得到demon譜；
10、對所述demon譜進(jìn)行特征提取，得到水下目標(biāo)螺旋槳的軸頻、葉頻及槳葉數(shù)的估計(jì)結(jié)果。
11、本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于全息希爾伯特譜分析的demon譜分析頻帶選取裝置，所述裝置包括：
12、降采樣模塊，用于對獲得的水下目標(biāo)輻射噪聲信號進(jìn)行頻譜分析，得到所述輻射噪聲信號的主要頻率范圍，并對所述輻射噪聲信號進(jìn)行降采樣處理，得到簡化后的輻射噪聲信號；
13、信號截取模塊，用于通過短時(shí)傅里葉變換對所述簡化后的輻射噪聲信號進(jìn)行時(shí)頻分析，并結(jié)合時(shí)域圖進(jìn)行信號截取，得到截取后的輻射噪聲信號；
14、第一分析模塊，用于基于全息希爾伯特譜分析中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，將所述截取后的輻射噪聲信號分解為多個(gè)本征模函數(shù)，并對每一所述本征模函數(shù)進(jìn)行希爾伯特譜分析，得到每一所述本征模函數(shù)的幅度變化函數(shù)和載波頻率變化函數(shù)；
15、第二分析模塊，用于計(jì)算每一所述本征模函數(shù)的包絡(luò)，并對每一所述包絡(luò)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和希爾伯特譜分析，得到包絡(luò)幅度變化函數(shù)和調(diào)制頻率變化函數(shù)；
16、積分模塊，用于對所述載波頻率變化函數(shù)、所述調(diào)制頻率變化函數(shù)和所述包絡(luò)幅度變化函數(shù)的時(shí)間變量進(jìn)行積分，得到全息希爾伯特調(diào)幅譜；
17、第三分析模塊，用于基于所述全息希爾伯特調(diào)幅譜得到所述截取后的輻射噪聲信號的調(diào)制頻率和載波頻率之間的對應(yīng)關(guān)系，確定demon譜分析中帶通濾波器的頻帶范圍，對所述截取后的輻射噪聲信號進(jìn)行demon譜分析，得到demon譜；
18、特征提取模塊，用于對所述demon譜進(jìn)行特征提取，得到水下目標(biāo)螺旋槳的軸頻、葉頻及槳葉數(shù)的估計(jì)結(jié)果。
19、在一些實(shí)施例中，所述對獲得的水下目標(biāo)輻射噪聲信號進(jìn)行頻譜分析時(shí)，傅里葉變換的計(jì)算公式為：
20、
21、其中，f(t)為原始接收信號，ω為信號頻率，t表示時(shí)間，j為虛數(shù)單位。
22、在一些實(shí)施例中，所述通過短時(shí)傅里葉變換對所述簡化后的輻射噪聲信號進(jìn)行時(shí)頻分析時(shí)，所述短時(shí)傅里葉變換的計(jì)算公式為：
23、
24、其中，x1(t)為降采樣后的信號，h(t)為窗函數(shù)，f為信號頻率，t表示時(shí)間，j為虛數(shù)單位。
25、在一些實(shí)施例中，所述基于全息希爾伯特譜分析中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，將所述截取后的輻射噪聲信號分解為多個(gè)本征模函數(shù)，其中，所述截取后的輻射噪聲信號表示為：
26、
27、其中，cj(t)為第j個(gè)本征模函數(shù)，每個(gè)imf分量的振幅aj(t)和頻率ωj(t)分別表示為時(shí)間的函數(shù)，n為本征模函數(shù)的數(shù)量；
28、幅度變化函數(shù)的嵌套表達(dá)式為：
29、
30、其中，ω表示緩慢變化的包絡(luò)頻率。
31、在一些實(shí)施例中，所述積分模塊還用于采用邊緣表達(dá)式，對所述載波頻率變化函數(shù)、所述調(diào)制頻率變化函數(shù)和所述包絡(luò)幅度變化函數(shù)的時(shí)間變量進(jìn)行積分，得到一個(gè)只有頻率的頻譜圖，并進(jìn)行多次迭代，直到幅度變化函數(shù)在包絡(luò)中不再具有循環(huán)特性，得到信號振幅的純頻率高維全信息表示，即所述全息希爾伯特調(diào)幅譜；其中，邊緣譜的計(jì)算公式為：
32、
33、其中，t為積分時(shí)間范圍，ω為信號頻率，t表示時(shí)間。
34、在一些實(shí)施例中，所述第三分析模塊還用于基于所述全息希爾伯特調(diào)幅譜得到所述截取后的輻射噪聲信號的調(diào)制頻率和載波頻率之間的對應(yīng)關(guān)系；基于所述對應(yīng)關(guān)系，確定所述截取后的輻射噪聲信號中存在調(diào)制特性的頻帶范圍；結(jié)合所述全息希爾伯特調(diào)幅譜，選定合適的頻帶范圍對所述截取后的輻射噪聲信號進(jìn)行帶通濾波，得到濾波后的輻射噪聲信號；采用希爾本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于全息希爾伯特譜分析的DEMON譜分析頻帶選取方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對獲得的水下目標(biāo)輻射噪聲信號進(jìn)行頻譜分析時(shí)，傅里葉變換的計(jì)算公式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過短時(shí)傅里葉變換對所述簡化后的輻射噪聲信號進(jìn)行時(shí)頻分析時(shí)，所述短時(shí)傅里葉變換的計(jì)算公式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于全息希爾伯特譜分析中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，將所述截取后的輻射噪聲信號分解為多個(gè)本征模函數(shù)，其中，所述截取后的輻射噪聲信號表示為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述載波頻率變化函數(shù)、所述調(diào)制頻率變化函數(shù)和所述包絡(luò)幅度變化函數(shù)的時(shí)間變量進(jìn)行積分，得到全息希爾伯特調(diào)幅譜，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述全息希爾伯特調(diào)幅譜得到所述截取后的輻射噪聲信號的調(diào)制頻率和載波頻率之間的對應(yīng)關(guān)系，確定DEMON譜分析中帶通濾波器的頻帶范圍，對所述截取后的輻射噪聲信號進(jìn)行DEMON譜分析，包括：
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...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于全息希爾伯特譜分析的demon譜分析頻帶選取方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對獲得的水下目標(biāo)輻射噪聲信號進(jìn)行頻譜分析時(shí)，傅里葉變換的計(jì)算公式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過短時(shí)傅里葉變換對所述簡化后的輻射噪聲信號進(jìn)行時(shí)頻分析時(shí)，所述短時(shí)傅里葉變換的計(jì)算公式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于全息希爾伯特譜分析中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，將所述截取后的輻射噪聲信號分解為多個(gè)本征模函數(shù)，其中，所述截取后的輻射噪...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊益新，孫今希，杜朝輝，史陽，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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