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《西北工业大学》 2002年
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水声信号非线性分析方法研究

朱昀  
【摘要】: 随着以混沌、分形为代表的非线性理论的日益发展,将非线性理论应用于信号处理,研究信号的非线性特征,得到越来越广泛的关注。传统的信号处理认为信号由确定性信号和随机信号这两个对立的部分组成。而混沌信号有别于这两大类信号,它由确定性系统产生,但行为却貌似随机信号,具有长期不可预测性。 水声信号处理是信号处理的一大分支。而舰船辐射噪声是水声信号中的一大类。从产生机理上来说,舰船辐射噪声信号的产生包括复杂的非线性过程。近期的研究表明,水声信号包括舰船辐射噪声中存在着一定程度的混沌行为。因此将非线性分析方法应用于水声信号处理,描述目标信号的非线性特征已成为现代水声信号处理的一个发展方向。 目前舰船辐射噪声的非线性处理研究主要集中在非线性特征提取、目标识别等方面,而从动力学系统模型的角度来研究舰船辐射噪声则基本处于空白。本文以相空间重构理论为基础,研究了非线性动力学系统的Volterra级数模型,提出以预测的方式由混沌时间序列来建立非线性系统模型的方法,并应用于舰船辐射噪声建模。 本文的主要研究工作如下: 1.从动力学系统角度出发阐述了非线性混沌时间序列预测的原理和方法。研究了Volterra级数用于表征非线性系统。提出基于Volterra级数模型的全局预测方法,较好地对混沌时间序列作出了(短期)预测; 2.讨论了Volterra级数的运算量,分析了将低运算量的有效途径。在研究用张量积来表示Volterra级数的基础上,提出了“可分离的Volterra级数模型”,显著降低了Volterra级数的运算量; 3.从理论上阐述了非线性混沌时间序列的预测模型与动力学系统的关系,表明在一定条件下,时间序列的预测模型和产生该时间序列的原始动力学系统是等价的。提出通过混沌时间序列的预测宋估计系统模型参数的方法; 4.研究了Volterra级数模型的维数、延迟时间、模型阶数对混沌时间序列建模的影响。并以仿真的方式,研究了噪声对非线性系统建模的影响。引入基于相空间的局部投影法对带噪的混沌时间序列进行了降噪处理,明显提高了Volterra级数模型的抗干扰性能。 5 分析了儿种系统混饨性判据的优缺点,提出基丁模型的系统混饨性判别 方法; 6 研究了舰船辐射噪声的相空间重构。从自相关函数及互信息嫡两个方面 讨论了相空间重构中延迟时间的选择。引入伪邻近点法用于确定相空间重构的 嵌入维数; 7 将VOlterra级数应用于舰船辐射噪声的非线性建模,从动力学系统角度 表明是舰船辐射噪声中确实存在混炖特性,且舰船辐射噪声是以周期或准周期 信号为主体,含有部分非周期信号的有限混饨信号。通过对比舰船辐射噪声及 其模型序列的功率谱,进一步说明Volterra级数模型不仅能反映舰船辐射噪声 的混炖性,办能反映舰船辐射噪声的周期性,是一个较为全面的模型,适合于 舰船辐射噪声这类复杂水声信号的建模分析。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TB56

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【引证文献】
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1 王凯;磁悬浮转子回转误差的测试技术研究[D];西安理工大学;2007年
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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10 楼建忠;大型旋转机械振动监测系统的研究[D];浙江大学;2005年
【二级引证文献】
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2 张兴涛;鲍长春;刘鑫;张丽燕;;基于Volterra级数预测的音频频带扩展[J];电子学报;2012年12期
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【二级参考文献】
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4 冯师军;孙长瑜;;基于以太网大容量水声数据远距离传输系统的设计[A];中国声学学会2003年青年学术会议[CYCA'03]论文集[C];2003年
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7 孙经荣;;CK—1型水声勘探仪在长江工程勘探中的应用[A];水下浅地层剖面仪专辑[C];1982年
8 于宏燕;曾心苗;刘江伟;许自炎;;空气和水声吸声材料研究现状[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
9 郭纪捷;;水下拖体声学定位测量数据的卡尔曼滤波[A];2001年全国水声学学术会议论文集[C];2001年
10 苗晟;郝铁伟;郑伟;;水声信号检测中的噪声抵消[A];2009年全国水声学学术交流暨水声学分会换届改选会议论文集[C];2009年
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2 本报记者 张斌键;杨波:瞒着家人深潜的水声专家[N];中国海洋报;2011年
3 记者 朱峰;磁县“天子冢”:人在阶上行,凭空闻水声[N];新华每日电讯;2011年
4 本报记者 李智勇;夜半“诊漏”听水声[N];福建日报;2011年
5 樊平 杨学军 刘迎军;探路“水声世界”[N];解放军报;2003年
6 记者 项裕兴;曾经水声潺潺如今死水一潭[N];福建日报;2010年
7 张蕾;台阶咋能发出水声?[N];科技日报;2005年
8 通讯员 施春霞;海鹰加快海洋水声电子新品研发[N];中国船舶报;2009年
9 本报记者 冯新生;“鸟来鸟去山色里 人歌人哭水声中”[N];中国旅游报;2011年
10 本报记者 原二军 通讯员 余桃晶;听水声 看水景 讲水情[N];中国环境报;2010年
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1 朱昀;水声信号非线性分析方法研究[D];西北工业大学;2002年
2 于大鹏;船舶螺旋桨鸣音时间序列混沌动力特性研究[D];大连理工大学;2009年
3 梁峰;混沌信号处理与信息加密传输技术研究[D];西北工业大学;2006年
4 于萍;自适应逆控制方法研究及其应用[D];华北电力大学(河北);2006年
5 向小东;基于神经网络与混沌理论的非线性时间序列预测研究[D];西南交通大学;2002年
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7 谢宏;基于Volterra级数、小波分析与神经网络的非线性网络故障诊断方法的研究[D];湖南大学;2005年
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10 王华东;基于多项式结构的功率放大器行为模型研究[D];电子科技大学;2009年
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1 杨向锋;混沌在水中目标识别中的应用[D];西北工业大学;2005年
2 徐双;经验模态分解理论研究及其在舰船辐射噪声线谱分析中的应用[D];昆明理工大学;2010年
3 牛迅;时频谱及非线性时间序列分析在肌电信号分析中的应用[D];中国海洋大学;2004年
4 喻远飞;模糊聚类与混沌预测在短期电力负荷预测中的应用[D];天津大学;2004年
5 胡玉霞;基于模糊神经网络的混沌时间序列预测[D];郑州大学;2005年
6 刘玉花;混沌时间序列的噪声平滑方法研究[D];大连理工大学;2006年
7 李恒超;混沌预测理论及其在VBR视频业务中的应用[D];西南交通大学;2004年
8 陈彦军;变参数、非耦合混沌同步方法及其在保密通信中的应用[D];河北师范大学;2005年
9 陈引锋;混沌时间序列法在水文预报中的应用[D];长安大学;2005年
10 罗福来;人民币汇率的混沌特征分析及其基于支持向量机的预测[D];湖南大学;2008年
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