收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

模态域信号处理在水声中的应用

李关防  
【摘要】: 空中目标因其高效的搜索性能和机动性强的特点,在海空对抗中占据优势地位,对水下平台的生存构成威胁。本文以海空对抗中被动声探测技术为研究对象,对海空对抗声纳涉及的若干关键技术进行了研究,旨在为发展、实现海空对抗声纳进行有益的探索。 希尔伯特黄变换是一种非线性信号处理理论,通过仿真研究了经验模态分解的突出信号局部特征与多分量信号分离特性,总结提出了不同用途下固有模态函数(IMF-Intrinsic Mode Functions)选取的原则,可用于信号去噪、互相关峰检测和多目标分辨等多种场合;回顾了平均声强器、互谱、能量加权直方图与解析声强流等常见的基于单矢量传感器的方位估计理论;将接收阵元组成阵,介绍了阵列输出模型及均匀直线阵的自然指向性,突出了阵增益及矢量的优势。 空中目标辐射噪声频谱包括线谱和连续谱两部分,相比于宽带连续谱,线谱是其主要噪声源;从线谱和连续谱特征提取出发,提出了一种基于经验模态分解(EMD-Empirical Mode Decomposition)的线谱和连续谱分离算法。声波经过空-水界面后,部分声能透射到水中,激发的水下声场亦具有明显的线谱特征。在低频段,声波的声压、振速存在相位差,声能流在有功分量和无功分量间发生“串漏”,传统测向算法是有偏的。本文从试验的角度探索了基于水下声场的空中目标测向方法,分析讨论了将辐射噪声的线谱集中频段、多普勒频偏相对于原频率的比率和线谱的方位(变化趋势)信息作为特征量的空中目标的检测与识别方案;同时,目标的大致方位信息有利于水下平台对其的规避和有效的攻击,有望改善其的对空劣势。 物体的入水声、水下目标启动声等是对目标探测非常重要的一类瞬态信号,从物体入水声形成机理上研究了其波形特性,为物体入水声的识别和击水声的源级预报提供理论基础。结合EMD的特性和平均声强器适合连续谱明显的单目标方位估计的优势,提出了模态声强器算法,利用模态声强器(MAIA-Mode Acoustic Intensity Averager method)算法可有效实现平台干扰下,物体入水声、目标启动声的检测和测向,能实现对瞬态信号信号检测。 矢量阵最小方差无畸变响应波束形成算法可实现全空间内信号的空间谱估计,但该算法对弱目标的检测能力较差。基于此,结合IMF窄带特性与MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)的窄带信号要求,提出了矢量阵模态域MVDR波束形成算法,将分解得到的声压、振速对应阶IMF利用MVDR波束形成估计其方位谱,并将中心频率的概念应用于IMF,综合利用声压、振速对应阶IMF求解中心频率,以此中心频率作为MMVDR (Mode domain Minimum Variance Distortionless Response)算法的中心频率。海试结果表明:MMVDR算法在保持强干扰空间谱能量不变的情况下,有效的增大了弱目标所在方位空间谱的能量,可实现强干扰下弱目标的检测,增加弱目标的有效探测距离。 指向最小方差波束形成是一种高分辨波束形成算法,具有低旁瓣和主瓣更窄的优势。通过分析算法的计算量的影响因素,指出STMV(Steered Minimum Variance algorithm)算法计算量近似正比于阵元数M的三次方。当阵阵元数M较大时,STMV波束形成算法需很大计算开销,限制了其应用。基于此,结合α滤波器的积分器特性和矩阵求逆迭代公式,提出了一种STMV快速迭代算法,其计算量近似正比于M2;仿真验证了该算法在计算量降低的同时,保持了STMV算法高方位分辨力和弱目标检测的优点;应用于48元阵海试数据处理,计算量降低了约24倍,有利于算法的实时实现;同时可在多个目标信噪比相差较大和多个目标方位比较接近时,有效地检测到弱目标。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张文爱;姚李威;;基于小波包变换的自适应波束形成[J];太原理工大学学报;2006年05期
2 ;应用声学学会应用水声专业组将举行学术讨论会[J];声学技术;1983年01期
3 方世良;一种应用于水声目标识别的隐层结构自适应网络[J];东南大学学报(自然科学版);1999年03期
4 胡倩;杨大禹;;水在园林设计中的艺术表现[J];现代农业科学;2009年05期
5 袁文俊,薛跃泉,缪荣兴;水声计量测试技术赴欧考察情况报告[J];声学技术;1990年02期
6 石勇;朱锡;李永清;李海涛;;水中夹层复合材料表面声反射的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2006年02期
7 付卫红;杨小牛;刘乃安;曾兴雯;;一种新的通信信号盲分离算法—EASIBSA算法[J];武汉理工大学学报;2008年01期
8 张海澜;激光产生水声[J];应用声学;1989年05期
9 田坦,刘文帅,关浩;脉冲内高分辨电子扫描声纳扫描变换器[J];哈尔滨工程大学学报;1991年03期
10 张谷香,王怀应;水声声强测量分析系统及其在水下噪声鉴别中的应用[J];应用声学;1996年04期
11 黄建人;多通道水声自动化测试系统的研制[J];声学技术;1996年03期
12 ;电气、观通、导航、水声、舣装等设备及造船材料[J];水路运输文摘;1997年07期
13 孟克,鲁标,李艳昌,王东红;水声信号的光纤DSPI检测[J];哈尔滨工业大学学报;2004年08期
14 杨坤德;孙超;;浅海环境中垂直线列阵的空间增益分析[J];电声技术;2007年10期
15 兰华林;孙大军;张殿伦;李想;;海底应答器绝对位置快速校准[J];计算机工程与应用;2007年22期
16 华明龙;水声图象技能器及水声图象处理[J];声学技术;1989年01期
17 ;电气、观通、导航、水声、舣装等设备及造船材料[J];水路运输文摘;1997年12期
18 陈韶华;相敬林;梁峰;石杰;;基于FIR数字滤波器的宽带噪声数值模拟[J];系统仿真学报;2007年24期
19 田坦,樊世斌,关浩;大动态范围水声脉冲信号的精确幅度测量及应答[J];声学学报(中文版);1995年01期
20 曾台英,贾叔仕;水声换能器及其研究和发展[J];仪表技术与传感器;2002年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 章新华;;盲源分离技术及其水声信号处理中的应用[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
2 孙超;;浅海水声匹配场试验及数据分析[A];中国声学学会2001年青年学术会议[CYCA'01]论文集[C];2001年
3 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
4 滕舵;陈航;张允孟;;Tonpilz型水声换能器的优化设计[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
5 张战争;张效民;王文博;;基于正交频分复用的水声通信系统仿真[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集(上)[C];2007年
6 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
7 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
8 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
9 李水;张权;易燕;朱学文;;水声无硫橡胶方形吸声尖劈系列的设计与声学性能测量[A];第十二届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2009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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 王英民;最优化技术及其在水声信号处理中的应用[D];西北工业大学;2002年
3 朱昀;水声信号非线性分析方法研究[D];西北工业大学;2002年
4 全英汇;稀疏信号处理在雷达检测和成像中的应用研究[D];西安电子科技大学;2012年
5 陈朋;相控阵三维成像声纳系统的稀疏阵及波束形成算法研究[D];浙江大学;2009年
6 许祥滨;抗强多途径干扰的水声数字语音通信研究[D];厦门大学;2003年
7 贺寓东;遥测系统中的数字波束形成算法及其实现技术研究[D];清华大学;2009年
8 周锋;水声扩频通信关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
9 袁龙涛;相控阵三维摄像声纳系统信号处理关键技术研究[D];浙江大学;2013年
10 周小建;求解非线性方程重根的迭代算法[D];南京师范大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁峰;Robust检测技术及其在水声信号处理中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
2 周玉;水声应答释放器及其定位方法的研究[D];济南大学;2013年
3 曾令创;仿生学多频机制在水下目标定位和水质感知的运用[D];华南理工大学;2010年
4 刘敏;基于时反处理法的水下目标主动探测研究[D];华南理工大学;2010年
5 樊国勇;浅海水声信道均衡算法研究[D];华南理工大学;2013年
6 徐韬;基于单载波通信技术的水声同步定位研究[D];华南理工大学;2010年
7 王婷;干涉型光纤加速度计系统研究[D];南京航空航天大学;2005年
8 吕涛;敏感型Fabry-Perot腔高精度光纤角位移传感器研究[D];西南师范大学;2005年
9 常丽娜;AVS-M视频编码技术研究与流媒体应用[D];吉林大学;2005年
10 王威;基于DSP、FPGA闭环光纤陀螺仪的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 董建华 侯慧芳 记者 刘剑英;磁县 又发现一处水声台阶[N];河北日报;2009年
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
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978