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一种基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法.pdf

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一种 基于 线谱 识别 海洋 声学 实时 检测 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910091683

申请日:

20190130

公开号:

CN109556829A

公开日:

20190402

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: G01M10/00;G01H3/04;G01C13/00 主分类号: G01M10/00;G01H3/04;G01C13/00
申请人: 杭州电子科技大学
发明人: 白兴宇;姜煜
地址: 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街
优先权:
专利代理机构: 33213 代理人: 吴秉中
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910091683

授权公告号:

法律状态公告日:

20190426

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明公开了一种基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法,该方法使用设定转速的螺旋?#30333;?#20026;声源,使用标准水听器8301被动采集螺旋桨噪音,基于螺旋桨线谱识别算法,结合海洋声学物理特征,实现海洋内波实时检测。该方法通过设定转速的螺旋桨向固定于海底的标准水听器发送螺旋桨噪声,通过对采集信号进行带通和低通滤波取包络值,提取demon谱,完成线谱识别,并与设定的螺旋?#30333;?#36895;进行对比,?#20013;?#36319;踪,一旦发现异常跳变,转入二次识别,完成内波实时检测并报警。本方法?#34903;?#31616;单,使用螺旋桨代替声源,成?#38236;?#24265;,适合?#25105;?#27700;域,具有广泛的应用价值。

权利要求书

1.一种基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法,其特征在于包括下述?#34903;瑁?(1)将螺旋桨(6)置于海洋?#25945;ǎ?#26631;准水听器8301(4)放于海底; (2)螺旋桨(6)按照程序设定转速?#20154;?#36716;动产生噪声,标准水听器8301(4)实时被动采集监测海域的声信号, 产生序列信号; (3)使用预先设计的带通滤波器分别对进行滤波,得到数据组data1,data2,data3. . .,统一完成低通滤波器滤波取包络处理,加权叠加为demon谱; (4)通过线谱分离和线谱净化分别对demon谱进行线谱提取,并使用最大公约数提取法提取线谱轴频,得到螺旋桨(6)产生的轴频,并将结果按时间在上位机软件界面处显示,完成监测海域内波实时监测; (5)若监测海域出现内波,海洋声信道将发生改变,螺旋桨(6)产生的轴频的强度和出现时间将会出现改变,轴频也会发生偏移,根据一定时间跟踪,判断为同一内波后,完成内波来袭警报。 2.根据权利要求1所述的一种基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法,其特征在于:可检测内波距离范围为5km。 3.根据权利要求1所述的一种基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法,其特征在于:可检测内波振幅大于25m。

说明书


一种基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法
技术领域


本发明属于海洋内波监测技术领域,具体是使用螺旋桨噪声线谱识别算法对监测
海域实时跟踪已知线谱实现海洋内波检测及警报的方法。


背景技术


作为一种极其普遍的海洋?#21248;?#29616;象,海洋内波对海洋军事活动和海洋资源利用开
发具有极其?#29616;?#30340;破坏性,是目前国内外海洋领域的研究热点。军事方面,海洋内波引起海
洋?#20219;?#24230;面和等密度面的变化会影响海洋中声信号的强度,传播距离与方向,增加了水下
通讯和目标探测的难度。大振幅内孤立波可以使等密度面快速发生上下起伏,增大潜艇航
行阻力,使升降舵不易操纵,甚至造成“断崖”?#28982;?#28781;性灾?#36873;?#27665;用工程方面,海洋内波会对
海上石油钻探与开采等产生巨大影响,其产生的?#23458;?#22797;流,可在短时间内大幅度强制改变
作业船船向。因此,在重要和敏感海域实现海洋内波全自主实时检测是十分迫切和必要的。


目前国内外常用海洋内波非声学检测仪器主要有锚系仪器阵列,走航拖曳仪器,
中性浮子探测和卫星遥感,无法做?#25945;?#21069;发现内波并预警的功能。林巨等人的专利(申请号
201110168519.7)采用声信号收发分离的方式实现内波检测,但是只限定于非线性内波,不
适合实际应用。施国全等人的专利(申请号201110312123.5)采用相控阵声纳对海洋分层剖
面声反射强度和流速进行分析。以上方法均存在设备昂贵,布放复杂,处理方法所用计算量
大,且无法实时自主识别内波。


Demon谱线谱识别作为经典的水下目标检测方法,通过?#36816;?#19979;有规律的机械振动
和螺旋桨在频谱图上产生为线状特征的谱线完成目标的识别,应用广泛。加拿大的
J.N.Maksy等人在线谱识别基础上开发?#31169;?#33337;辐射噪声的分析专家?#20302;矷NTERSENSOR,英国
的Sheppard和Gent利用神经网络技术开发出被动声呐分类专家?#20302;常?#25105;国李启虎等人研制
了“EXPLORE”目标识别专家?#20302;場?br>

发明内容


有鉴于此,本发明提出一种基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法,采用螺
旋?#30333;?#20026;检测内波的特征信号,通过设定的螺旋?#30333;?#36895;,使用标准水听器接收声信号,根据
线谱识别完成内波实时跟踪检测,设备结构简单,成?#38236;停?#25506;测效果?#36873;?br>

本发明的机理:采用螺旋?#30333;?#20026;信号源,设定恒定转速,采用标准水听器8301实时
被动采集监测海域的声信号,进行demon谱线谱识别实时跟踪螺旋桨轴频,当海洋内波产生
时,监测海域声信道会产生异常,螺旋桨轴频将出现异常跳动,通过跟踪判断为内波后,完
成内波来袭警报。


本发明的检测指标:可检测内波距离范围为5km;可检测内波振幅大于25m。


本发明所述的基于线谱识别的海洋内波声学实时检测方法,?#34903;?#22914;下:


(1)将螺旋桨置于海洋?#25945;ǎ?#26631;准水听器8301放于海底;


(2)螺旋桨按照程序设定转速?#20154;?#36716;动产生噪声,标准水听器8301实时被动采集监测海域的声信号, 产生
序列信号;

(3)使用预先设计的带通滤波器分别对
进行滤波,得到数据组data1,data2,data3. . .,统一完成低通滤波器滤波取包络处理,加权叠加为demon谱;

(4)通过线谱分离和线谱净化分别对demon谱进行线谱提取,并使用最大公约数提取法
提取线谱轴频,得到螺旋桨产生的轴频,并将结果按时间在上位机软件界面处显示,完成监
测海域内波实时监测;


(5)若监测海域出现内波,海洋声信道将发生改变,螺旋桨产生的轴频的强度和出现时
间将会出现改变,轴频也会发生偏移,根据一定时间跟踪,判断为同一内波后,完成内波来
袭警报。


附图说明


图1是基于线谱识别的海洋内波实时监测?#20302;?#30340;连接图;


图2是基于线谱识别的海洋内波线谱识别检测方法流程图;


图中1是天线,2是水面浮筒,3是承力复合缆,4是标准水听器8301,5是锚座,6是螺旋
桨。


具体实施方式


下面结合附图对本发明作进一步详细说明。


本发明采用螺旋?#30333;?#20026;检测内波的特征信号,通过设定的螺旋?#30333;?#36895;,使用标准
水听器接收声信号,根据线谱识别完成内波实时跟踪检测。


基于线谱识别的海洋内波实时检测方法具体?#34903;?#22914;下:


(1)将螺旋桨6置于海洋?#25945;ǎ?#26631;准水听器83014放于海底;


(2)螺旋桨6按照程序设定转速?#20154;?#36716;动产生噪声,标准水听器83014实时被动采集监测海域的声信号,产生
序列信号;

(3)使用预先设计的带通滤波器分别对
进行滤波,得到数据组data1,data2,data3. . .,统一完成低通滤波器滤波取包络处理,加权叠加为demon谱;

(4)通过线谱分离和线谱净化分别对demon谱进行线谱提取,并使用最大公约数提取法
提取线谱轴频,得到螺旋桨6产生的轴频,并将结果按时间在上位机软件界面处显示,完成
监测海域内波实时监测;


(5)若监测海域出现内波,海洋声信道将发生改变,螺旋桨6产生的轴频的强度和出现
时间将会出现改变,轴频也会发生偏移,根据一定时间跟踪,判断为同一内波后,完成内波
来袭警报。


所述线谱分离,线谱净化和最大公约数提取法采用现有的数?#20013;?#21495;处理算法。


如图1所示,布放前确定承力复合缆3的长度,将标准水听器83014固定于海床上,
螺旋桨6依附于海上?#25945;ǎ?#20854;?#20302;?#24037;作过程如下:


1. 通过螺旋桨6按照程序约定有规?#19978;?#28508;标发射声信号,标准水听器83014通过与海
水共振进行声信号数据拾取。


2. 数据通过承力复合缆3传输?#20102;?#38754;浮筒2,水面浮筒2通过铱星通讯模块和天线
1将数据回传回监测?#25945;ǎ?#30001;?#25945;?#36827;行数据处理分析。


3.若出现内波,?#25945;?#36890;过本发明的方法完成内波的来袭预警。


关于本文
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