水下目标辐射噪声中单频信号分量的检测：理论分析

在理想情况下高斯噪声背景下高斯信号的最佳检测问题已受到很多关注,它是被动声呐采用能量检测的理论基础之一。但是理论与实验都已证明,舰船辐射噪声中存在着单频信号分量。在小信噪比下,单频信号的检测必须采用有别于宽带能量检测的方法。本文讨论在小信噪比下检测单频信号分量的几种不同的理论方法,包括自相关检测、FFT分析、自适应线谱增强等,计算了它们的增益。指出分段FFT检测具有明显的优势,对可能出现的单频信号分量的频率漂移具有较好的宽容性。

水下目标辐射噪声中单频信号分量的检测：数值仿真

继续深入讨论强干扰背景噪声下单频信号分量的检测问题。根据理论分析进行了一系列的数值仿真,验证了理论中关于处理增益与时间成正比的结论,在存在频率漂移时,分段DFT分析的宽容特性。同时讨论检测系统的参数选择问题,包括采样间隔、分段DFT的长度、频率分辨力、单频信号分量的频率漂移对检测系统性能的影响。

水下高速活动目标辐射噪声模拟器的设计与实现

水下活动目标辐射噪声模拟技术被广泛应用于水下目标信号源生成、目标识别算法研究、声呐训练模拟设备和水声对抗设备研制等领域。为了给这类研究工作提供快速、便捷且有效的测试方法,文中利用水下高速运动目标的航行参数及其辐射噪声级,建立了一个数学模型用于计算目标通过一个相对固定测量点时接收到的辐射噪声级,据此设计并实现了水下高速活动目标辐射噪声模拟器。该模拟器采用人工方式设置工作参数,由嵌入式计算机在线加载,实时计算后产生航行辐射噪声模拟信号,最后通过水声信号发射机进行声输出。实验表明,该设计合理可行,满足使用要求。

水下目标辐射噪声的非线性检验

由于非线性是混沌产生的必要条件，所以讨论一个观测时间序列是否具有非线性，对进一步利用混沌时间序列方法分析观测时间序列很有意义。本文讨论水下目标辐射噪声信号中非线性问题，运用替代数据方法，根据实验数据与替代数据之间峭度和自相关两个量的差异性，分析了水下目标辐射噪声信号中的非线性成分，得出结论：水下目标辐射噪声信号中存在非线性成分，且这种非线性不是由于静态测量函数的非线性引起的，为利用非线性时间序列分析方法分析水下目标噪声信号提供了理论依据。

水下目标辐射噪声时间序列的非线性降噪处理

噪声是信号检测和目标识别的障碍．对水下目标辐射噪声降噪，过去常用线性的方法来对信号进行滤波。对于线性系统产生的信号，用线性滤波方法可以达到较好的效果但对非线性系统产生的信号或受非线性因素影响较大的信号，用线性滤波万法不能很好地滤除噪声，已经证明，水下目标辐射噪声信号中具有明显的非线性成分。因此，本文提出运用非线性方法对水下目标辐射噪声时间序列进行降噪处理。通过降噪前后重构吸引子、关联积分曲线斜率及信噪比的比较，表明该方法对去除水下目标辐射噪声时间序列中的噪声干扰十分有效。

用垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差分析及其修正方法

文章给出了水声波导模型下垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差和修正方法,以便使两种测量结果一致和统一。在设定典型水声波导的参数后,用波数积分方法计算出声源到垂直阵各阵元的信道传输函数,再推导出垂直嵌套阵聚焦波束的信道传输函数,从而得到单水听器和垂直嵌套阵的测量误差。数值计算表明在70 m海深条件下,不同深度单水听器测量单频信号频谱级起伏达15 dB以上,总声级测量误差的均值为3 dB,而垂直嵌套阵测量单频信号频谱级起伏仅4 dB,总声级测量误差的均值趋于0 dB。海上实验测量单频信号声源级的结果与数值计算的起伏一致,海试中垂直阵获得较高的空间增益。结论是在浅海条件下垂直阵的测量精度高于单水听器的测量精度,用单水听器测量的目标总声级需要修正时可以修正,而用单水听器测量的单频信号声源级则难以修正。

浅海波导中水下目标辐射噪声干涉条纹的理论分析和试验结果

浅海波导不变量的研究是近30年来水声学中引人注意的课题之一。水下目标辐射噪声的直达波和海面、海底反射波之间的干涉现象可以认为是浅海波导的典型例子,直达波和反射波之间的干涉条纹对了解浅海波导的机理是非常有效的。本文给出由水下目标辐射噪声直达波和海面、海底反射波产生的干涉现象的理论分析,指出由海面反射波引起的干涉条纹集中在高频段,而由海底反射引起的干涉条纹既可能在低频段也可能在高频段,它与海底的声学特性密切相关。文中给出了干涉条纹图和目标位置、海洋环境以及接收传感器等参数的关系,指出干涉条纹具有双曲线的形状,而一族双曲线的渐近线为直线。海试给出了若干有趣的结果,部分数据处理的例子证实了理论分析的正确性。本文所述的理论与试验结果表明在一定条件下,干涉条纹图可以用于目标检测与识别。

基于子波变换的水下目标辐射噪声特征提取方法

将子波变换和多分辨分解算法 ,分别应用到水下目标辐射噪声的线谱和调制谱提取中。文中主要介绍了基于离散子波变换提取辐射噪声线谱的方法、基于多分辨分解算法提取辐射噪声调制谱的方法 ;在此基础上 ,以某型号水下航行器实测辐射噪声为例 ,进行了仿真研究 ,通过比较仿真结果与该水下航行器的相关数据 ,验证了该方法的正确性和可行性。

水下目标辐射噪声的子波变换和高阶累积量联合分析

将子波变换和高阶累积量联合分析应用于对水下目标辐射噪声的特征提取。首先利用子波变换提取辐射噪声的动态调制分量，然后应用四阶累量对角切片的傅立叶变换（21/2维谱）分析该动态调制的谐波特性。结果表明，该方法可以有效地实现动态调制分量与其他信号的分离，准确提取谐波特征。由于四阶累量对高斯噪声的抑制性，该方法还具有很强的抗噪性。此外，相对与双谱和三谱分析，21/2维谱分析极大减少了计算量，降低了方法的复杂程度，具有较快的运算速度。

水下目标辐射噪声宽带谱级的距离折算

舰船和水下目标辐射噪声的测量，是水声研究的一项极为重要的工作。按我国海军舰船辐射噪声测量规范的要求，应对测量距离进行折算。传统的距离传播损失折算方法，是基于“点声源和波阵面球面扩展”二项假设的考虑，球面扩展的假设是以理想的无界均匀空间为前提的，甚至不考虑介质吸收。因此测量距离引起的传播损失直接与距离平方成反比。实际海洋环境中声信号传播与海面、海底边界以及海底介质声学特性有关。本文提出一种舰船目标辐射噪声源级的测量距离损失的折算方法，采用声场波数谱积分方法计算宽带声传播损失。从实验数值处理和数值模拟计算出发分别讨论水下目标辐射噪声源级计算的距离折算，与传统的“距离反平方律”折算结果进行对比。同时还用声场简正波方法对测量距离进行折算，分析不同方法的异同点。

基于SD卡和单片机的水下目标辐射噪声模拟器设计

水下目标辐射噪声模拟器在各类被动式声探测设备的研制、验收和人员培训中有着重要意义。介绍了一种水下目标辐射噪声模拟器的设计和实现,该模拟器利用ATMega128L单片机作为控制核心,使用SPI模式控制读取SD卡,经过声源级控制和功率放大模块,将SD卡内预存噪声信号通过换能器进行发射,形成特定目标辐射噪声的模拟信源。另外,介绍了一种可行的计算机模拟特定水下目标辐射噪声的方法。测试证明,该模拟器可有效模拟水下目标,高度还原其噪声谱,达到了设计要求。

水下目标辐射噪声的子波变换和双谱联合分析

首次将子波变换和双谱联合分析应用于对水下目标辐射噪声的特征提取。首先利用子波变换提取辐射噪声的动态调制分量 ,然后应用归一化双相干系数分析该动态调制的谐波特性。结果表明 ,该方法可以有效地实现动态调制分量与其他信号的分离 ,准确提取谐波特性 。

基于矢量水听器的水下目标低频辐射噪声测量方法研究

矢量水听器由声压传感器和质点振速传感器复合而成,可以空间共点、同步测量声压和质点振速的各正交分量。本文利用矢量水听器测量水下目标低频辐射噪声,给出了测量的基本原理。证明了:（1）在各向同性噪声场中质点振速的最大空间增益为约 4.8 dB;有功声强的空间增益与时间带宽积有关,（2）在各向异性场中,有功声强的空间增益取决于噪声场的空间分布。计算机仿真结果和海上试验结果也在文中给出。

水下目标辐射噪声线谱的分析

潜艇和鱼雷等水中目标都是良好的水下辐射声源。辐射噪声中的线谱,由于它常常和某些周期性往复振动的声辐射部件相联系,并且线谱的频率低,传播距离远。是现代声呐设备探测和捕捉的重要对象,因此对线谱的研究引起人们不衰的兴趣。本文从研究线谱分析方法入手,对长期关心的水下运动目标辐射噪声平稳化问题进行了研究,提出了一种平稳化处理模型,从而解决提高线谱分辨率问题。在此基础上,对平稳化以后的数据进行较长时间的线谱跟踪,本文给出了一种利用单只水听器即可对目标进行测距的模型及实际水下目标数据分析的实例。

矢量水听器在水下目标低频辐射噪声测量中的应用

研究利用矢量水听器测量水下目标低频辐射噪声的问题 ,并给出了测量方法和海上试验结果 .

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。

水下目标低频辐射噪声矢量声场干涉测试分析

矢量传感器具有与频率无关的偶极子指向性,可以同步、共点和独立测量声场中的声压和质点振速,在水下目标辐射噪声测量领域得到广泛应用.本文采用虚源干涉模型和简正波矢量声场理论,计算和仿真分析了水下目标低频辐射噪声声压与质点振速近程声场的时间-频率干涉图案,利用单矢量传感器辐射噪声测量系统在北黄海海域对单个和两个目标的水下辐射噪声进行了测试和分析.结果表明:水下目标低频辐射噪声声场质点振速水平分量与声压的时间-频率干涉条纹具有相似性,而声场质点振速比声压的时间-频率干涉条纹清晰,且质点振速能够抑制目标与目标辐射噪声之间的干涉;利用质点振速LOFAR图,可以判定水下目标的数目,区分水面和水下目标.

长短时记忆网络水下目标噪声智能识别方法

未来基于水下无人平台的水声目标探测体系要求平台自身具备目标智能化识别能力,而传统水下目标噪声识别方法需要人工提取泛化能力强的特征数据,且识别过程具有较强的人机交互特性,无法满足这一要求。针对这一问题,本文研究一种基于长短时记忆网络(LSTM)的水下目标噪声智能识别方法,借助深度学习自主学习数据特征的能力,应用长短时记忆网络(LSTM)分别对水下目标噪声的时域时间序列数据、频谱数据、梅尔倒谱(MFCC)数据进行深层次特征提取与识别,并使用实际水声目标噪声信号对该方法进行了验证。结果表明,在上述3种输入数据情况下,采用LSTM长短时记忆模型均能有效实现水下目标噪声特征提取与智能识别。

水下运动目标线谱噪声源识别方法研究

根据运动声源的多普勒频移特性,该文提出单水听器识别低频线谱噪声源位置的3种方法。首先,利用加窗互Wigner-Ville分布(cross Wigner-Ville Distribution,XWVD)精确提取微弱多普勒频移曲线后,分别使用频率交点和最小二乘来估计噪声源通过水听器的正横时刻从而识别噪声源位置,这两种方法称为频率交点法和最小二乘法。进一步地,利用直接对多普勒信号做WVD后自交叉项的能量发散特性,得到一种计算量相对较小的噪声源识别方法。水池试验和海上试验分析结果表明,基于多普勒效应的3种方法都对噪声源进行了有效定位,性能明显优于现有的通过特性法,其中最小二乘法定位精度略优于基于交叉项特性的方法,频率交点法定位误差略大。

水下运动目标噪声线谱的联合估计方法

水下目标辐射噪声特征谱线的联合估计,基于水下运动目标线谱数学模型,通过分析水下目标辐射噪声特征等信息实现。基于经典谱与现代谱估计的联合估计法提取水下目标辐射噪声线谱特征,首先分别估计采集数据的功率谱,得到估算功率谱图;分析功率谱图,确定线谱存在的大致区域,再估计精确线谱。