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基于潜标平台的舰船目标探测技术研究

张亚斌  
【摘要】:水下潜标平台是一种用于水下监测的作业平台,可对目标海域实行长期有效监测,本论文的研究主要围绕水面舰船被动声学探测需求,开展基于潜标平台的舰船目标辐射声信号检测及测向技术研究。首先,对舰船辐射噪声进行了建模与计算机仿真研究;在对舰船辐射噪声信号的组成及产生机理进行阐述与分析的基础上,研究了舰船辐射噪声在时、频及高阶域上的分布特性,对其典型特征进行提取并采用实船数据验证建模仿真的有效性。在舰船辐射噪声中,低频线谱与调制信息是最为重要的特征,利用LOFAR谱分析、DEMON谱分析、1.5维DEMON谱分析及2.5维DEMON谱分析等多种谱分析技术对舰船辐射噪声的线谱与调制信息进行分析与对比,为后续的目标检测奠定理论基础。其次,针对潜标平台需要较长时间工作且一经布放很难进行能源供给的特点,认为潜标平台工作系统需要采用分级值班工作模式以降低功耗,在值更工作模式系统只需要对目标进行检测,结合舰船辐射噪声特点研究了多种舰船目标检测算法;针对舰船辐射噪声的低频信号时域波形特征,研究了宽带能量检测法、过零检测法等传统算法在不同信噪比和虚警概率条件下的检测效果。在此基础上,为进一步提高对舰船目标的检测能力,降低由虚警概率频繁唤醒工作系统引起的不必要功耗。论文研究了基于谱分析的联合特征检测技术,充分利用辐射噪声的频域、高阶域和调制信息,从多角度提取舰船辐射噪声特征,构建联合特征空间,利用支持向量机技术对所提取的辐射噪声特征进行匹配检测,分析验证了联合特征检测技术的检测能力。最后,在潜标系统检测到舰船目标信号后,往往还需要对目标方位进行估计,为下一级精细处理提供前级信息。针对水下潜标平台空间有限的特点,研究了小平台条件下的目标测向技术;重点围绕传统的平面五元十字阵型,分析了阵元间距与时延估计误差对测向精度的影响。针对时延估计误差对测向精度影响较大的问题,提出了基于高阶累积量的高精度时延估计算法,分析了该时延估计算法在不同噪声环境、不同信噪比条件下的时延估计精度,接着对所提测向技术进行仿真与对比验证。


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