多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法、介质和装置与流程

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法、介质和装置。

背景技术：

1、与传统的视觉观测方法相比，声学被动观测技术具有全天候、大范围覆盖和低成本的显著优势。这种技术能够在恶劣天气或是视线受限的条件下进行有效观测，特别是在广阔且复杂的海洋环境中，声学观测成为了监测海洋生态和海洋哺乳动物活动的重要手段。

2、嘀嗒声信号是海洋哺乳动物，特别是鲸类和海豚等，在进行社交、狩猎和导航等活动时发出的一种特殊声音。这些信号不仅对海洋生物的生存活动至关重要，而且对科学家研究海洋生态系统和动物行为提供了宝贵的信息。大多数海洋哺乳动物都会发出嘀嗒声，这些声音的检测与分析对于保护它们的生存环境和了解它们的行为模式具有重要价值。

3、在浅海环境中，除了海洋哺乳动物的嘀嗒声外，虾、螃蟹以及平台自身的机械噪声等都会产生干扰，极大地增加了嘀嗒声检测的难度，导致虚警率显著提高。这些干扰信号的存在，对于实现准确和高效的声音检测构成了重大挑战。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提出了一种基于多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法、介质和装置。通过对连续信号进行分帧处理，然后使用fft方法对每一帧的信号进行分析，提取感兴趣带宽内的信号功率，并利用6个参数进行联合约束，显著提高了嘀嗒声信号的检测准确性和降低了虚警率。该方法不仅能够在复杂的海洋环境中有效抑制干扰，而且其运算效率高，适合在嵌入式平台上实时处理，为海洋生态保护和研究提供了一种新的技术手段。

2、本发明是通过如下技术方案来实现的：

3、一种多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法，所述方法包括以下步骤：

4、第一步、信号截取与分帧：获得实时音频数据，从实时音频数据流中截取连续时长为t秒的信号样本；该信号样本随后被细分为多个帧，每帧间存在50%的时间重叠，对每个帧的数据使用汉宁窗函数进行加窗处理；

5、第二步、 频谱分析与功率提取：采用快速傅里叶变换（fft）处理每个加窗后的帧，以转换信号从时域到频域；分析得到的频谱，针对5khz至20khz的频段（频段2）和20khz至150khz的频段（频段1）求带内平均功率，分别得到频段1和频段2的功率值e1和e2，其中e1被称为带内平均功率；

6、第三步、候选滴答声信号识别：当频段2的功率e2超过预设的门限值t1，并且频段2与频段1功率的比值e2/e1（代间功率比）超过另一预设门限t2时，该帧被认为包含候选的滴答声信号；对于整个时长t的信号样本，所有符合上述条件的帧构成候选滴答声信号集合c；

7、第四步、脉冲串提取及参数计算：分析上述候选滴答声信号集合c，提取脉冲串，得到候选的脉冲串集合c_list，在总时长t内出现的一个或多个脉冲串；对每个脉冲串，计算以下参数：脉冲数目c_num（即脉冲串中滴答声的数量）、平均滴答声间隔ici_mean、滴答声间隔的标准差ici_std和滴答声间隔的中位数ici_median；

8、第五步、真实脉冲串识别：通过考察每个脉冲串的参数是否满足预设的条件来判断该脉冲串是否属于真实的脉冲串。

9、作为优选的实施方式，所述第三步中门限值t1和t2设定方法如下：选取一段没有滴答声的信号，信号长度10秒以上。对该信号求取20khz至150khz的频段内平均功率p0，那么t1在大于等于50×p0的范围取值。t1取值变大，检测概率和虚警概率均变小；反之，t1取值变大，检测概率和虚警概率均变小。t2代表两个频带的平均功率比，其取值一般为2。

10、作为优选的实施方式，所述的第五步，脉冲数目c_num不少于最小允许脉冲数目c_num_min、平均滴答声间隔ici_mean位于最小ici_mean_min和最大允许间隔ici_mean_max之间、滴答声间隔的标准差ici_std不超过最大允许方差ici_std_max、滴答声间隔的中位数ici_median处于最小ici_median_min和最大允许中位数ici_median_max之间；只有满足以上所有条件的脉冲串，才被认定为真实的脉冲串。

11、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适用于由处理器加载并执行所述多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法。

12、一种计算机设备，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，运行所述多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法。

13、本发明与现有技术相比的有益效果：本发明显著提高了嘀嗒声信号的检测准确性和降低了虚警率。该方法不仅能够在复杂的海洋环境中有效抑制干扰，而且其运算效率高，适合在嵌入式平台上实时处理，为海洋生态保护和研究提供了一种新的技术手段。

技术特征：

1.一种多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法，其特征在于，所述第三步中门限值t1和t2设定方法如下：选取一段没有滴答声的信号，信号长度10秒以上，对该信号求取20khz至150khz的频段内平均功率p0，那么t1在大于等于50*p0的范围取值；t2代表两个频带的平均功率比，其取值为2。

3.根据权利要求1所述的一种多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法，其特征在于，所述的第五步，脉冲数目c_num不少于最小允许脉冲数目c_num_min、平均滴答声间隔ici_mean位于最小ici_mean_min和最大允许间隔ici_mean_max之间、滴答声间隔的标准差ici_std不超过最大允许方差ici_std_max、滴答声间隔的中位数ici_median处于最小ici_median_min和最大允许中位数ici_median_max之间；只有满足以上所有条件的脉冲串，才被认定为真实的脉冲串。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适用于由处理器加载并执行权利要求1-3任何一项所述多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法。

5.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，运行权利要求1-3任何一项所述多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法。

技术总结本发明涉及一种多参数约束的抗干扰实时嘀嗒声检测方法、介质和装置，属于信号处理领域，所述方法包括以信号截取与分帧、频谱分析与功率提取、候选滴答声信号识别、脉冲串提取及参数计算和真实脉冲串识别。本发明显著提高了嘀嗒声信号的检测准确性和降低了虚警率。该方法不仅能够在复杂的海洋环境中有效抑制干扰，而且其运算效率高，适合在嵌入式平台上实时处理。技术研发人员：刘宗伟,吕连港,姜莹,杨春梅受保护的技术使用者：自然资源部第一海洋研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13