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基于Wigner高阶谱的水下简单形状目标回波处理

吴玉双  
【摘要】:对于主动声呐目标检测与识别这一水声领域研究热点,如何从接收信号中检测到目标回波,并从回波中提取目标特征信息是其基础,也是其关键技术。根据目标回波与背景噪声在时频域上的分布特点以及目标回波亮点间的时频差异,人们更倾向于使用时频方法对该非平稳信号进行处理。随着人们对于高阶谱的兴趣的提升,高阶谱己经成为一种分析非高斯过程,提取信号更多谱信息的重要工具,但是它并不适用于非平稳过程。由此本文提出使用时变高阶谱——Wigner高阶谱来进行目标回波检测与亮点提取。本文根据Wigner高阶谱的定义,推导了 CW信号的Wigner双谱和Wigner三谱的基本表达式,仿真研究了 Wigner高阶谱在高斯白噪声背景下对CW信号和LFM信号的检测能力,并对其进行简要分析。研究了多分量CW信号和LFM信号的Wigner双谱和Wigner三谱的交叉项问题,给出不同信号形式下交叉项的不同特点,指出模糊域核函数交叉项抑制方法存在的不足。针对该缺点,根据形态学处理的基本算法及其作用,结合多分量Wigner双谱和Wigner三谱交叉项特点,本文提出了基于形态学处理的多分量信号Wigner高阶谱交叉项处理方法,并且仿真验证了该方法的有效性。此外,根据噪声与信号在Wigner高阶谱域的分布特点,指出该方法同样可以用于噪声的抑制处理。基于目标回波亮点模型,本文给出了典型水下目标模型回波在不同入射角度下的几何亮点的个数及相互间的时延差,并对其进行高阶时频特性分析。采用基于形态学交叉项处理方法,使用Wigner高阶谱进行目标回波亮点处理,通过仿真分析,给出了该方法的适用范围。最后根据实验数据处理结果,验证了目标回波亮点模型的正确性,验证了 Wigner高阶谱与形态学相结合的几何亮点提取方法的有效性,验证了上述方法在目标回波检测中的有效性。


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