试验环境水下声信号的特征提取方法

水下试验环境参数的反演是水声学研究领域的重要内容。而当前研究的关键是通过对水下声信号做特征提取从而获取参数信息。针对特征提取较难、模型很难拟合等问题。本文提出了一种试验环境水下声信号的特征提取方法。将水下声信号同时用梅尔频谱倒谱系数及线性预测系数处理,两者运用特征加权组合方法得到新的特征矩阵;再应用映射插值算法对特征矩阵进行处理,获得适应神经网络输入的三通道矩阵。本文选取的网络模型为残差神经网络。利用实验室所录制的对河口水库数据集测试表明,本文提出的特征提取方法普遍优于仅利用梅尔频谱倒谱系数或线性预测系数的特征处理方法。利用单频矩形脉冲信号对环境进行深度5分类,准确率平均提升2%。利用线性调频信号对环境进行深度5分类,准确率平均提升2.03%。本文提出的特征提取方法对线性调频信号在深度分类任务下处理的结果要优于单频矩形脉冲信号处理的结果。

水下声信号处理与通信技术在海洋环境中的应用

随着人们对海洋资源的不断开发和海洋研究的逐渐深入,水下声信号处理与通信技术在海洋环境中的应用变得日益重要。文中介绍了水下声信号处理与通信技术,明确了各种技术的具体应用。在此基础上,分别从海洋科学研究、海洋资源勘探、海洋军事与国防应用等方面探讨了水下声信号处理与通信技术的具体应用,有助于推动水下声信号处理与通信技术的发展,进而为海洋资源的合理利用与保护提供技术支持。

基于CDAE-LMSAF的水下目标辐射信号增强

针对远距离目标(如潜艇、鱼雷等)被动定位时存在海洋环境噪声、舰艇自身噪声等影响,从而导致定位精度降低的问题,本文提出了一种基于卷积去噪自编码器和自适应最小均方误差滤波(CDAE-LMSAF)的增强方法,通过提取水下目标辐射信号和含噪信号的时频谱图特征,作为卷积去噪自编码的输入进行训练和建模,再利用自适应滤波器对神经网络增强后的音频进行优化,实现对水下目标辐射信号的增强。仿真实验结果表明,在信噪比为-5 dB时,本文方法的信噪比为17.51 dB,相比于多窗谱谱减法的1.23 dB,卷积去噪自编码器的7.21 dB,自适应最小均方误差滤波的4.12 dB,本文方法具有更高的信噪比增益。

蛙人水下声信号特性试验研究

随着水中兵器技术的逐步发展,近海沿岸防御敌水下小目标渗透入侵的问题已经越来越严峻。为掌握水下小目标的信号特性,论文以蛙人为研究对象,组织蛙人在水下以悬浮停留和运动前行两种不同的姿态进行试验,对背景环境噪声和蛙人水下声信号进行数据采集。并对其时域、频域以及时频谱信号进行分析,研究出蛙人水下的声信号特性,期望为蛙人被动警戒系统的研制提供参考。

一种水下宽带数字信号处理系统的实现

实现了一种水下宽带数字信号处理系统 ,该系统主要包括以 TMS3 2 0 C3 1为核心的 AD采集模块和以 TMS3 2 0 C80为核心的信号处理模块。AD采集模块进行多路宽带信号的同步采集 ,并进行系统的控制与管理 ,信号处理模块实现宽带信号的检测、参量估计等各种算法的流水线处理或并行处理。该系统的峰值处理速度可达每秒 40亿次操作 。

光纤水下动态信号传输系统技术研究

针对光纤在水下实际工程环境中动态损耗较大,会影响水下光纤动态传输系统可靠性的特点,使用了模场直径较小即弯曲损耗较小的1.3μm传输窗口,在光纤动态损耗估计的基础上,设计了基于光循环器的单波长1 310 nm双向传输系统和蝶形大功率光发射机,并验证了单波长双向传输系统性能,在长光缆信道衰减模拟装置衰减不小于数十分贝时,系统误码率小于10-9,试验结果表明,系统性能优良,水下远程单波长光缆双向动态传输的工程应用是可行的。

水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差<7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。

水下目标信号特性及其有效衰减系数分析

本文采用一种改进的MonteCarlo方法对水下目标信号进行了模拟 .结果表明 ,除单次散射外 ,第二、三次散射对目标信号的作用最大 .而对水下目标时的有效衰减系数Keff进行研究后发现 ,Keff与无水下目标的后向散射包络的有效衰减系数Kb 是不相同的 ,即Keff≠Kb.并由不同参数条件下的模拟结果得出了它们之间的多个简单线性关系式 .

利用激光从散射光中提取水下声信号的探测技术

提出了一种从散射屏的散射光中提取水下声信号的方法 ,建立了一套采用这种方法探测水下声信号的实验装置 ,利用此装置能够从散射屏的散射光中提取到水下声信号 验证了从激光的散射光中提取水下声信号是可行的 。

水下声信号激光相干探测的仿真与实验

建立波长1 550 nm的全光纤激光相干探测系统,系统采用全光纤设计,光路简单且稳定性高.数值仿真与实验结果表明,采用激光相干探测和时-频分析,可有效地提取水下不同频率、不同强度和不同深度的振动特征.该系统可实时探测出40~10 000 Hz的水下声信号,且测量标准偏差小于几个赫兹.因此,激光相干雷达用于水下目标的探测与识别具有实时性,该技术可为水下目标的特征提取和识别提供新的途径.

水下目标信号的Lofar谱图特征的主分量分析研究

研究一种基于 Lofar谱图特征和主分量分析的水下目标信号的特征处理方法。首先介绍了这种方法的应用背景 ,给出了舰船辐射噪声的结构和 Lofar谱特征的提取方法。在简单介绍了主分量分析的有关基础知识和数学解法后 ,对于海上测量获得的舰船辐射噪声信号进行特征提取 ,利用主分量分析的方法对提取的特征向量进行降维处理。针对主分量分析处理前后的特征向量 ,采用结构自适应模糊聚类神经网络分类器分类 ,与直接对Lofar谱特征分类相比 。

基于小波变换的水下声信号激光探测应用

为了进行激光探测水下声信号的研究,分析了水下声信号的激光干涉探测信号的时频分布特点,找到了激光干涉信号小波脊的分布规律。根据小波脊的分布规律,采用一种利用小波变换的水下声信号瞬时频率估算方法实现水下声信号瞬时频率的估计,并对稳频的水下声信号和线性调频的水下声信号进行了探测实验。结果表明,对频率变化率为16k Hz/s的水下声信号探测实验中,根据小波脊计算出水下声信号的瞬时频率,拟合得到水下声信号频率变化率为16.05k Hz/s。此结果验证了本文中所述方法的正确性。

激光探测水下声信号的实验研究

在实验室条件下,对于不同频率、不同振动强度的水下声音信号展开激光相干探测研究,建立了基于该方法的实验系统。水表面在水下声音信号作用下产生波动时,用激光照射水表面,其产生的水表面散射光携带了声波信息并与参考光发生干涉,对干涉信号进行采集并处理可得到水下声信号的频率与强度信息。对不同条件下得到的实验结果进行对比分析。实验结果表明,激光相干探测技术可有效地探测水下声信号,并且随着声信号的频率提高、强度减弱,探测效果趋于变差。实验系统采用全光纤光路设计,取得了较好的效果。

水下爆炸信号的定位研究

被动声纳中,目标定位的测定只能利用目标声源发出的信号或噪声,爆炸声源与常用的电声式脉冲声纳发射器比较起来,具有某些明显的优点,可代替发射换能器来实现距离和方位的测定。针对水下爆炸声源,采用三元标量阵进行研究,通过确定信号到达各个阵元的时延信息来测定其目标方位和距离,并利用内插方法提高定位精度。实验结果表明,不同位置处爆炸信号的测向和测距误差小、精度高,方位估计基本正确,从而验证了被动声纳中水下爆炸信号作为声源的可行性,及三元阵时延测距的准确性。

基于Lyapunov指数的水下目标信号混沌特征提取

以 Takens定理为基础 ,通过对几种不同类别舰船信号采用相空间重构 ,建立了混沌分析的数学模型 ,研究了它们的相空间轨迹结构并计算最大 Lyapunov指数。结果表明 ,不同类别的舰船信号具有不同的空间轨迹 ,且对应不同的最大 Lyapunov指数。这一结果为水下目标信号的检测与识别提供了新的理论和方法。

水下声信号光电探测技术的实验研究

为了实现水下声信号的遥感探测，针对水下声信号光电探测技术的强度调制理论，提出了光线分析理论模型，并进行了初步的理论分析和实验验证，取得了频率为65Hz和100Hz的水下声信号的探测数据，验证了水下声信号光电探测技术的强度调制理论。实验结果表明，在空气中利用激光，在水中利用声波，通过这两种信号载体来探测水下声信号技术是可行的，这一结果对于水下声信号光电探测技术的研究具有一定的参考价值。

基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测

为实现水下中低频声信号的探测识别,通过研究水下多声源相干探测信号的特征,理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式,并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法,实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换,得到信号的解析形式,然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理,分离混叠在一起的频带,将得到的信号进行频谱分析,根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统,对2~6kHz的水下声信号进行实验,实验结果表明,该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带,并准确提取各水下声信号的发声频率,频率提取重复性不大于2.5Hz.

水下声信号激光探测技术研究

水下声信号激光探测技术采用了激光接收技术。它在空气中利用光波, 而在水中利用声波,把两种最佳的信道和物理场结合了起来,是遥感探测水下声信号的一种比较理想的方法。水下声信号在水-空气界面会引起表面波动而对打在水表面处的激光束进行幅度调制。利用直接光强检测方法可以检测受水下声信号调制的激光信号。本文在理论分析的基础上通过试验验证了激光探测水下声信号技术的可行性,同时对水下声信号光电探测存在的问题进行了探讨并提出了相应的解决途径。

基于互相关与混沌理论相结合的水下目标信号检测

鉴于当前传统的检测理论基础上的噪声抑制技术其指标已达极限,为了弥补互相关方法应用的局限性,文中将常规互相关检测方法与混沌检测方法相结合,构成一个新的微弱正弦信号检测系统,通过混沌系统相轨迹变化来检测目标信号,实现了强噪声背景下弱信号的检测,并用梅尔尼科夫函数给出了系统出现混沌状态的阈值。仿真结果表明,该检测系统对被强噪声覆盖的微弱正弦信号非常敏感,对任何零均值噪声具有极强的抑制能力。

利用DSP和混沌理论检测水下微弱信号

本文应用TMS320VC549实现基于混沌理论的水下微弱信号检测。通过分析杜芬振子的混沌特性和该振子的阵发性混沌运动机理,得出了利用过零率识别阵发混沌运动状态并求取阵发混沌周期的方法检测微弱信号频率的方法。结合DSP系统的优点,搭建了基于DSP和混沌理论的微弱信号检测系统,并设计了相应的算法软件流程。最后,对不同频率的正弦周期信号进行了相应的频率检测,实验结果证明了此系统的可行性和有效性,并且通过改变策动力的频率,系统可检测各种频率的微弱正弦信号。