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水声信号盲分离技术研究

倪晋平  
【摘要】: 基于提高被动声纳的检测能力,对水声信号的盲源分离技术进行了探索性研究。分析和总结了盲源分离的常用算法,推导和论证了适用于水声信号盲分离的复数算法,用西北工业大学消声水池和新安江湖试验的实测水声数据对提出的算法进行了验证。主要研究内容和取得的成果有: (1) 分析了窄带水声基阵接收信号和盲分离的数学模型,提出水声信号盲源分离算法计算机仿真方法和算法性能评价准则。经对实测舰船辐射噪声的分析,提出水声信号盲分离的两种方法:用主分量分析算法实现高斯信号的盲分离;用独立分量分析算法实现非高斯信号的自分离。 (2) 分析和研究了无噪模型下盲源分离的一般方法和常规实数算法,提出了一类盲源分离的多源复数算法,在计算机上用仿真数据验证了算法的性能。仿真分析了算法分离均匀噪声场下水声数据的性能,当水听器的个数与信号源的个数相同的情况下,阵元间距大于接收信号的半波长,算法失效。当阵元间距小于接收信号的半波长时,算法可以实现水声信号的信噪分离。当水听器的数目多于信号源的数目,并在阵元间距小于接收信号的半波长时,无噪算法也可以实现功率较强水声信号的盲分离。 (3) 考虑海洋环境噪声的高斯分布特性,基于信号峰度自然对数最大化提出了一种单源盲源分离复数算法,并推导出了两种复数抽气算法。单源盲分离算法和抽气算法相配合,在未知信号源数目的情况下,可以实现多个信号源的自分离。单源盲分离算法可以直接用于盲波束形成。 (4) 将空域信息引入时域的盲源分离算法,提出了一类水声基阵盲源分离的时空域算法,限定了算法的空域搜索范围,加快了算法的收敛速度。研究了水声信号盲分离的典型应用,在高信噪比和对信号源及基阵缺乏先验信息的条件下,用盲源分离算法可以实现阵列流形的盲校准;精确已知基阵阵形的条件下,能完成信号入射方向的估计。因此,盲源分离技术的合理应用可以改善水声基阵检测增益。 (5) 探索性地研究了水听器个数少于信号源数目时的盲源分离算法,基于高阶累积量,提出了一种任意水听器个数条件下的复数混合矩阵盲估计算法,计算机仿真验证了算法的性能。


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