单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨.docx
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单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨
第31卷第10期
2009年10月舰 船 科 学 技 术
SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.31,No.10
Oct.,2009
单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨
张 亮,田 甜,孟春霞
（大连测控技术研究所,辽宁大连116013
利用单个矢量水听器可以测出目标声源的方位,提出了一种利用单矢量水听器基于互谱测向的多目摘 要:
标分辨方法。
利用互谱测向方法计算出测量过程中各个目标的方位变化轨迹,画出方位历程图,根据方位历程图选择目标方位相差比较大的时刻,根据方位信息提取出各自目标声源的特征谱;只要目标声源的特征谱不重合,就可以分辨出多个目标。
本文结合仿真说明了分辨2个目标的方法和计算过程,利用本方法可以分辨2个或更多目标。
关键词:
矢量水听器;互谱测向;目标方位估计;目标分辨
中图分类号:
TB52 文献标识码:
A
文章编号:
1672-7649（200910-0018-03 I:
101/j11101005
Identifyingmultiplettheiometry
Tian MENGChun2xia
andControlTechnologyInstitute,Dalian116013,China
Abstract:
Azimuthoftargetsoundsourcecanbecomputedbysinglevectorhydrophone,thispaperbringforwardamethodofidentifyingmultipletargetsbyasinglevectorhydrophonebasedonthecross2spectrumgoniometry.First,computedtheazimuthlocusofeachtargetsbycross2spectrumgoniometry,painttheazimuthcoursepicture,thenselectthetimewhenazimuthdifferenceofeachtargets,distillthecharacteristicspectrumofeverytargetsusedtheazimuthinformation.Thismethodcanbeeffectiveifonlythecharacteristicspectrumofeachtargetsdonπtcoincidence.Thispaperintroducedthecomputedprocessofidentifiedtwotargetsbycombineemulator,identifymoretargetswaspossibleusedthismethod.
Keywords:
vectorhydrophone;cross2spectrumgoniometry;DOAestimation;identifyingtarget
0 引 言
矢量水听器可同时获得目标信号的声压和振速
信息,利用目标的声压和振速信息可以测得目标方位,平均声强器可以通过目标连续谱声辐射来测向。
但多个目标具有频带重迭的连续谱特性时,单矢量水听器无法分辩多目标,而只能测得声场中合成声强流
[1]
的方向,不能进行多目标分辨。
互谱声强测向是对目标的不同频率成分进行测向,并把相同方位的能量累加,如果有多个目标,只要它们的特征谱不重合,就可以测出它们的各自方位,而不是合成方位,这样就可以利用目标方位的不同,提取出各个目标的特征
谱,分辨多个目标。
1 互谱测向原理
互谱测向原理是利用复声强器测向,是声压、振速互谱处理器,如图1所示。
对p（t及Vi（t（i=x,y做FFT变换,得到相应的谱为P（ω及Vi（ω,则声压、振速互谱为:
3
（1Spvi（ω=P（ω・Vi（ω,i=x,y。
式中:
符号3表示共轭运算。
运算时,用FFT代替了Fourier变换。
在海洋信道中,近似满足声学欧姆定律,声压和振速是同相位的。
根据Fourier变换的基本特性,2
[2]
收稿日期:
2009-08-17
作者简介:
张亮（1980-,男,硕士,工程师,研究方向为水声矢量信号处理。
第10期张 亮,等:
单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨・19・
如下:
1将整个测量过程的信号按照如下方法分成若干段:
每段时间长度1s;第i段与第i-1段的重合率为50%;即第一段为0～1s的信号,第二段为015～
图1 互谱测向计算框图
Fig11 Computeddiagramofcross2spectrumgoniometry
115s的信号,第三段为1～2s的信号,以此类推。
2对每个时间段的信号进行互谱测向,利用式（2～式（4求出在该时间段内每个频率的方位
个同相位输入的能量集中在互谱的实部,所以目标信号能量集中在复声强器互谱输出的实部,虚部中主要
为干扰能量。
令:
3
（2IRx（ω=Re{〈P（ωVx（ω〉},
IRy（ω=Re{〈P（ωVy（ω〉}。
3
θ（f,t。
（可根据不同需求调整,3设置角度分辨率为1°
0°≤θ（f,t<1°,则θ（f,t=0°,
1°≤θ（f,t<2°,则θ（f,t=1°,
（3
根据式（2和式（3可以求出目标声源的水平方
位θ为:
θ（ω=tan
-1
…
359
°θ（f,t<,（t=359°。
根据I（θi,t=1359。
i,t就可以。
I（i,t可由下式求出:
I（θ=i,t
θ（f,t=θi
IRy〈P（ωVy（ω〉}-1Re{
=tan。
IRxRe{〈P（ωV（〉}
3
根据式（4。
∑
I（f,t。
（5
2 通过互谱测向算法可以测出多个目标的方位,根据不同目标的方位,可以提取出各自目标的特征谱。
本部分通过仿真说明如何通过互谱测向方法分辨多个目标。
211 仿真说明
其中:
I（f,t=
IRx（f,t+IRy（f,t。
2
2
（6
IRx（f,t和IRy（f,t参见式（2和式（3,只是用f代
替了ω。
5根据I（θ,t画出方位历程图,从方位历程图可以看出在整个测量过程中各个目标的方位轨迹,如图3所示。
图3中,横坐标为时间,s,纵坐标为方位,（°。
从图3中可很明显地看出,在整个测量过程中（共400s共有2个目标声源,其中1个目标从50°
在整个测量过程中共有2个目标声源,目标1有4根线谱,分别是:
25Hz,41Hz,90Hz和130Hz;目
标2有3根线谱,分别是:
30Hz,70Hz和121Hz。
目标的运动轨迹见图2。
212 画出方位历程图
运动到200°,另1个目标从350°运动到180°。
213 多目标特征提取
利用互谱测向算法计算出在测量过程中所有目
标的方位变化轨迹,即可画出方位历程图。
算法
画出方位历程图后,可以知道在整个测量过程中共有几个目标声源,并且知道了在每一时刻不同目标的各自方位,结合这些方位信息可以得出每个目标的
图2 目标的运动轨迹
Fig12 Motionlocusoftargets’
图3 方位历程图
Fig13 Azimuthcoursepicture
・20・舰 船 科 学 技 术第31卷
各自特征谱。
具体过程如下:
1从图3中可以看出,在150s附近,2个目标声源的方位相差比较大,1个目标声源的方位约是160°,另1个目标声源的方位约是320°。
因此,在
的频率被认150s处,方位在160°左右（150°～170°
为是目标1的特征谱频率,方位在320°左右（310°～
的频率被认为是目标2的特征谱频率。
330°
2特征谱提取
根据式（4可以计算出在任一时刻每个频率的方位,根据计算出的方位判断哪些频率属于目标1,哪些频率属于目标2,哪些频率属于背景环境噪声
。
150°<θ（f,t150<170°,f属于目标1;310°<θ（f,t150<330°,f属于目标2;其他频率属于背景环境噪声。
将属于目标1和目标2的所有频率都分别提取出来,利用式（6计算出频率的谱密度,画出目标1和目标2的特征谱密度曲线,见图4和图5。
从图4和图5可知,目标1的特征线谱是25Hz,41Hz,90Hz和130Hz,目标2的特征线谱是30Hz,70Hz和121Hz,与声源的线谱特征一致。
利用互谱
测向的方法成功的提取出2个目标的特征谱。
3 结 语
利用互谱测向的,,提取出各自目标声源的特本文中的仿真说明,利用互谱测向方法可以分辨2个目标生源,提取出各自的特征谱。
实际上,根据互谱测向算法可以分辨3个或更多目标。
参考文献:
[1] 姚直象,惠俊英,王德俊,蔡平.用单个矢量水听器基于
DEMON线谱的双目标分辨[J].应用声学,2005,（3:
171-176.
[2] 李春旭.声压、振速联合信息处理[D].哈尔滨:
哈尔滨
工程大学.
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