一种基于阵元域数据的在线时变增益控制方法与流程

1.本发明涉及声纳信号处理领域，特别是主动声纳信号处理领域，具体涉及一种基于阵元域数据的在线时变增益控制方法。


背景技术：

2.主动声纳工作时，在脉冲信号发射后，紧接着出现体积混响、海面和海底混响，在延迟一段时间后回波信号才在接收机的输入端相继出现。因此，常根据混响的衰减变化规律来设计接收机的时变增益控制曲线(简称tvg曲线)，在脉冲发射期间阻断接收通道，当脉冲发射结束后再慢慢地增大到正常放大量。
3.随着对声纳环境适应性需求的不断提高，以往的固定tvg曲线，大多不能满足不同环境下声纳的使用要求，也难以与实际应用环境的混响规律相匹配。根据实际混响情况，在线计算tvg曲线的需求越发迫切。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于阵元域数据的在线时变增益控制方法。
5.本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种基于阵元域数据的在线时变增益控制方法，对于任意阵型主动声纳，其前置通道具有接收tvg曲线并作用的时变增益控制电路，该方法利用阵元域输出数据，完成真实混响环境的推演，计算参考背景，在线计算时变增益曲线进行时变增益控制，具体步骤如下：
6.步骤一：阵元域输出数据采集：采集当前发射周期，经过接收机前置tvg控制后的实时阵元域输出信号；
7.步骤二：时间统计平滑处理：在发射结束时间到时变增益控制结束时间内，对各通道阵元信号的能量进行分段时间统计平滑；
8.步骤三：阵元间统计处理：根据实际工程需要，剔除异常通道，选择需要纳入统计的阵元通道,进行阵元间能量统计平均，得到在线环境数据；
9.步骤四：真实混响环境数据推演：根据当前周期的tvg曲线值，推演当前真实混响环境数据；
10.步骤五：参考背景计算：根据脉宽、量程估计背景区间，统计区间内能量值作为参考背景值；不失一般性地建议，为保证数据的整体连续性，参考区间一般取时变增益控制结束后的一段时间。
11.步骤六：时变增益曲线计算控制：以参考背景为基准，计算当前真实混响控制到参考背景，所需的时变增益控制曲线值，并传送至前置控制电路，作为下次发射周期的时变增益控制系数(发射信号期间，增益控制最小)；
12.步骤七：重复步骤一至步骤六，直到退出工作模式。
13.本发明利用阵元域输出数据，完成真实混响环境的推演，计算参考背景，在线计算
时变增益曲线进行时变增益控制，并可进一步地构成一个实施系统。
14.本发明的有益效果为：本发明提出的一种基于阵元域数据的在线时变增益控制方法，利用阵元域输出数据，完成真实混响环境的推演。该发明解决了时变增益的实时控制问题，实现了理想输出电平、接收机通道不限幅，同时因为是直接在阵元域通道完成的处理，不受后续信号处理算法的限制，实现简便，工程应用广泛。
附图说明
15.图1所示为本发明一个实施例的一种基于阵元域数据的在线时变增益控制方法的实现框图。
16.图2所示为具体实例各步骤的流程图。
具体实施方式
17.下面，将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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
18.参见图1，本发明实施例提供了一种基于在线数据学习反演的时变增益控制方法，主动声纳工作方式下，接收阵由n个阵元组成，接收机前置通道具备根据收到的实际时变增益控制曲线(tvg曲线)，进行接收通道时变增益控制(tvg控制)的功能。假设对脉宽tp的发射信号，时变增益控制持续时间为发射结束后t秒，并约定t秒对应的时变增益曲线mm个数值。该方法包括以下步骤：
19.步骤一：波束形成输出：
20.n元接收阵接收信号，并通过接收机前置tvg控制，得到当前发射周期阵元的阵元输出；
21.x(nn)＝[x1(nn),x2(nn),
…
,x
n
(nn)]
t
[0022]
其中，x(nn)为阵元接收信号，x1(nn),x2(nn),
…
,x
n
(nn)为第1,2,
…
n号阵元的输出信号，上标“t”表示转置，nn＝1,2,
…
为从发射结束开始的采样时间点。
[0023]
步骤二：时间统计平滑处理：
[0024]
在发射结束时间到时变增益控制结束时间内，对各通道阵元信号的能量进行分段时间统计平滑，符合算法：
[0025]
xx
i
(n1)＝mean[|x
i
((n1
‑
1)*len (1:2*len))|2]
[0026]
其中，xx
i
(n1)为各个阵元的时间统计平滑数据，阵元数i＝1，2，
…
，n。mean[
·
]为求序列均值运算，n1＝1,
…
,mm为分段序号，总分段数mm对应时变增益曲线数值个数，每段长度len＝round(t*fs/(mm 1))，t为时变增益曲线持续时间，fs为阵元信号x
i
(n)的采样率，round(
·
)为四舍五入取整运算。
[0027]
步骤三：阵元间统计处理：
[0028]
根据实际工程需要，剔除异常通道，避免选入非统计平均的值进入计算，选择需要纳入统计的阵元通道。一般，避免选择有遮挡或安装附近噪声异常的阵元参与计算。
[0029]
假定选择的阵元序号为j＝1，2，
…
，m，进行阵元间能量统计平均，得到在线环境数
据，符合算法：
[0030][0031]
其中，y(n1)为阵元间能量统计平均后的在线环境数据，∑为求和运算，m为参与阵元间统计计算的阵元个数，xx
j
(n1)为j号阵元时间统计平滑数据。
[0032]
步骤四：真实混响环境数据推演：
[0033]
根据当前周期的tvg曲线值,推演当前真实混响环境数据，符合算法：
[0034]
y
p
(n1)＝y(n1)/tvg(n1)
[0035]
其中，y
st
(n1)为在线学习数据，tvg(n1)为当前周期的时变增益曲线值，y
p
(n1)为当前周期的真实混响环境数据。
[0036]
步骤五：参考背景计算：
[0037]
根据脉宽、量程估计背景区间，统计区间内能量值作为参考背景值。不失一般性地建议，为保证数据的整体连续性，参考区间一般取时变增益控制结束后的一段时间。本实施例中选择时变增益控制结束后4秒数据作为背景区间。统计背景区间内在线参考背景值，符合算法：
[0038]
val＝mid[y
p
(l1:l2)]
[0039]
其中，val为参考背景值，y
p
(
·
)为真实混响环境数据，mid[
·
]为求序列中值运算，l1，l2分别为背景区间对应序列的起始、终止位置，这里l1＝round(t*fs1 1)，l2＝l1 round(4*fs1)，round(
·
)为四舍五入取整运算。
[0040]
步骤六：时变增益曲线计算控制：
[0041]
以参考背景为基准，计算当前真实混响控制到参考背景，所需的时变增益控制曲线值。符合算法：
[0042]
tvg(n1)＝val/y
p
(n1)
[0043]
其中，tvg(n1)为下周期时变增益曲线值，val为在线参考背景值，y
p
(n1)为当前周期的真实混响环境数据。
[0044]
把tvg(n1)曲线值传送至前置控制电路，作为下次发射周期的时变增益控制系数(发射信号tp期间，增益控制最小)。
[0045]
步骤七：重复步骤一至步骤六，直到退出工作模式。
[0046]
第一周期执行时，前置通道可以按某条已知固定曲线进行时变增益控制。
[0047]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。