Study on the performance of data fusion system for sonar signal detection

The mathematical model and fusion algorithm for multisensor data fusion are presented, and applied to integrate the decisions obtained by multiple sonars in a distributed detection system. Assuming that all the sonars and the fusion system operate at the same false alarm probability, the expression for the detection probability of the fusion system is obtained. Computer simulations reveals that the detection probability and detection range of the fusion system are significantly improved compared to the original distributed detection system.

有源声呐回波二维匹配滤波特征提取及分类检测

为降低有源声呐回波检测中的杂波虚警,提升低虚警率下的目标回波检测率,提出了一种基于二维匹配滤波的有源声呐回波分类检测方法。该方法将有源声呐接收数据的匹配信号划分为多个脉宽合适的子信号,并利用各子信号分别对接收数据进行匹配滤波处理,提取能够同时联合时频信息和匹配增益的二维匹配滤波特征。同时,选择卷积神经网络作为回波分类检测器,基于获取的二维匹配滤波特征区分回波信号和杂波信号。仿真和实验结果表明,该方法可提升浅海信道下的低虚警回波检测能力,在1‰虚警率下的海上回波检测率达到91.30%,相比已有方法提升4%左右。

用于土壤温湿度检测的声表面波标签设计

针对土壤温湿度的并行检测提出了基于声表面波标签的解决方案。采用耦合模理论对阻抗负载型声表面波标签进行建模与仿真,得到负载反射栅回波幅值和相位随电容值变化规律。在此基础上,根据声表面波标签对土壤温湿度不同的敏感机理,设计了一种双通道双边带标签结构,采用时分多址的方法解决了对不同深度层级土壤同时检测时存在的回波信号混叠问题。通过回波信号的相位和幅值比实现了土壤温湿度检测,结合矢量网络分析仪和阅读器对标签进行测试,测试结果表明了标签的有效性。

复杂背景下小样本声呐图像目标检测

水下目标检测具有重要意义,在军事和民用领域都发挥着重要作用。实际场景中可以获得的声呐图像非常有限,且声呐图像的信噪比较低,无法得到较好的检测结果。因此,本文引入小样本学习,基于Faster RCNN两阶段目标检测算法,选择不同的策略对模型进行优化,得到了较好的检测结果并验证了小样本目标检测在声呐图像领域的可行性。根据混响对声呐图像的影响进行仿真实验,得到不同混响背景下的声呐图像,对比分析了不同数据集下训练模型的检测性能。实验结果表明,在训练样本中增加混响信号可以提高低信噪比条件下的目标检测精度。

垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法

垂直大气湍流导致回波信号在大气中扩散,使回波信号质量较差,极易被噪声所淹没,因此,提出垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法。通过分析垂直大气湍流对天气雷达回波信号传输特性的影响,匹配滤波优化算法,改善垂直大气湍流影响导致质量下降的回波信号,利用模糊逻辑方法提取回波特征参数并构建对应隶属函数,设定阈值,获取天气雷达回波信号检测结果。实验结果表明:该方法可有效检测不同仰角的天气雷达回波信号,回波信号波形均匀且波动幅度小,检测效果较好。

海底小目标高分辨合成孔径声呐成像技术研究进展

海底小目标的成像探测问题是海底探测领域的经典难题,合成孔径声呐技术为小目标高分辨成像与探测提供了主要技术手段。本文分析了现阶段合成孔径声呐所面临的主要能力提升问题,介绍了合成孔径声呐高分辨成像的基本原理以及多子阵成像技术,并且针对合成孔径声呐面临的技术难点,对运动误差估计与补偿技术、高测绘效率成像技术、非稳定直航下的高分辨成像技术进行了讨论,介绍了相关技术路线与研究进展,并在此基础上展望了海底小目标高分辨成像技术的发展趋势与应用前景。

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。

基于毫米波雷达的桥梁索杆振动检测及自动控制

在多因素耦合作用下桥梁结构会产生振动,以毫米波雷达技术为测量手段,提出桥梁索杆振动检测及自动控制方法。分析在恒载作用下桥梁索杆静止状态与振动状态的应变能,结合动能、势能和恒载做功等建立索杆平面内与平面外的振动特征描述方程。通过发送多周期连续毫米波雷达探测信号,取得同周期回波信号。根据回波信号与对应瞬时相位得到单频差拍信号及瞬时相位,检测出索杆振动幅值。利用半正定矩阵和正定矩阵等函数,建立令振动幅值达到最小值的桥梁索杆振动自动控制模型。实验结果表明,所提方法检测精准度较高,自动控制效果较好,并有效抑制了振动幅度,具备良好的应用性能。

基于FPGA的微弱声呐信号自动检测方法

现有的检测方法相对误差较大,为此,本文研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的微弱声呐信号自动检测方法。首先,自动提取微弱声呐信号特征,运用该方法放大输入信号,以提升对微弱信号的检测准确性;其次,运用滤波器带宽有效消除噪声,快速捕捉关键信号并进行时序分析,通过采集完整信号实现快速检测;最后,当声呐接近目标的滤波输出时,在浅海环境下运用该方法减小检测误差。结果表明,当衰减值为25 d B时,实验组的相对误差为2%,能够准确检测微弱信号,减小检测的误差,实现检测方法的较好应用。

混响背景下舰船辐射回波信号优化检测算法

通过舰船辐射回波信号滤波检测实现攻击目标的准确识别定位,在受到海洋环境的强干扰下检测稳定性不好,提出基于多分量经验模态分解的混响背景舰船辐射回波信号优化检测算法。采用多分辨的阵列传感器实现对舰船辐射回波信号采集,对采集的信号采用格型匹配滤波器进行噪声滤波和干扰抑制处理,通过多径干扰抑制提高信号的纯度,采用多分量的经验模态分解算法提取水声脉冲信号的谱特征量,根据谱特征量的聚焦特性实现对信号的准确定位检测。仿真结果得知,采用该方法进行舰船辐射回波信号检测的输出信噪比较高,时频聚焦性能和检测性能较好,在对潜和对舰目标识别等领域具有很好的应用价值。

关于多波束与侧扫声纳回波检测方法的探讨

多波束测深仪和侧扫声纳是实施国家“70 3”专项海洋调查任务的主要设备 ,理解两种设备对回波信号检测这一核心技术是掌握和正确使用它们的首要条件。

混响背景下的信号检测

海洋混响是主动声呐检测中主要的背景干扰,它是一种有色干扰噪声,并常被看做是一个非平稳的随机过程,这使得工作在白噪声条件下的最佳匹配滤波检测器的性能在一定程度上受到限制.因此,提出一种次最佳检测器,将混响看成局部平稳,并将接收信号分成许多小块,每小块利用自回归(AR)模型对混响时间序列进行建模,然后利用估计的AR系数构造白化滤波器,对混响进行预白化处理,并将白化后的序列用于匹配滤波检测器.通过计算机仿真和实验数据分析比较未白化与经白化处理的匹配滤波性能,结果表明,次最佳检测器比未白化匹配滤波在检测性能上可提高近3dB.

强混响背景下LFM信号回波检测

混响是主动声纳检测的主要背景干扰,由于它是一种非平稳的有色噪声,使得工作在白噪声条件下的检测器性能受到极大限制。在混响背景下实现目标回波检测,常采用自回归(AR)模型对宽带回波预白化处理,但在强混响背景条件下,白化后直接进行匹配滤波检测的结果不甚理想。针对此问题,在AR模型预白化基础上,提出一种改进方法,对白化后信号先进行二分奇异值分解(SVD)处理,有效去除大部分混响干扰,然后再作匹配检测。仿真实验分析表明,相比于仅白化后的匹配滤波检测,该方法可提高信混比约3 d B,匹配检测效果得到了明显改善。

基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术研究

为解决主动声纳系统易暴露、隐蔽性差的问题,提出一种基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术。在发射端将线性调频探测信号隐蔽在海豚whistle信号中,设计了一种主动声纳的仿生隐蔽探测信号,该信号与海洋中的海豚哨叫声十分相似,可以利用海洋中的生物环境噪声实现主动声纳的隐蔽探测。在接收端选用自适应相关器作为主动声纳的时域处理器,自适应相关器对海洋环境有较强的匹配适应能力,可以自动匹配海洋信道,有效抑制多途扩展损失,相较匹配滤波器有更高的信噪比处理增益,有助于实现远距离探测。仿真和海试结果表明,基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术具有良好的隐蔽性和有效性。

Duffing混沌振子用于微弱信号检测的研究

针对频率已知的微弱正弦信号幅度和相位检测问题,提出了一种采用Duffing混沌振子作为检测系统的方法。该方法将被测信号作为系统的参数,利用系统参数在临界值附近微小的变化会改变系统输出状态的特性,通过识别系统输出的相轨迹判断输出状态是否改变,根据状态改变所需满足的条件估计信号的参数。给出了实现该方法的主要步骤,并将其运用于高频地波雷达海洋回波信号的检测,与FFT方法所得结果相比,回波多普勒谱的信噪比可提高5 dB,表明了该方法具有更好的检测性能。

超声波在管道防腐层剥离内检测中的传播特性研究

针对在役石油输送管道防腐层剥离致使管道存在安全隐患的问题,提出了基于超声波技术的管道内检测防腐层剥离方法,进行了超声波在单、双层介质中传播特性的研究。选择不同中心频率、不同K值的压电超声斜探头对单、双层介质进行超声检测对比实验,对超声回波信号进行数据对比分析。结果表明,在收发探头间距一定时,超声波的入射角度越小,接收到的信号能量越大,峰值比例系数也越大;超声波的激励频率越大,接收到的信号能量越小,峰值比例系数越大。提出了一种适用于防腐层剥离管道内检测的探头选取方法,针对本实验的被检对象,采用5 MHz、K1探头进行检测时,效果最佳,这为采用超声波进行管道防腐层剥离内检测的工程实现提供了理论依据。

窄带水声信号的分布式检测融合

研究了分布式检测融合系统的融合算法,及其在水声信号检测中的应用。提出了一种基于软决策融合的水声信号检测融合算法,并结合窄带声呐信号检测系统,给出了融合系统检测性能的计算机仿真结果。仿真结果表明,采用检测融合技术可大幅度地提高水声信号检测系统的检测性能。

金属材料缺陷的电磁超声/涡流复合检测技术研究

电磁超声检测和涡流检测因其非接触、检测速度快、对试件表面要求低等优点而被广泛应用于金属材料的缺陷检测中,但电磁超声检测存在近表面的检测盲区,涡流检测对内部深层缺陷灵敏度不高。基于电磁超声和涡流的复合检测方法,设计了能同时满足电磁超声检测和涡流检测的复合式探头,建立了电磁超声和涡流复合检测有限元模型,并对金属试件中不同类型的缺陷进行了检测实验。仿真和实验结果表明,该复合探头不仅能快速检测表面裂纹,而且可激发出具有明显指向性的纵波,一定程度上削弱了波形转换产生的干扰波,可实现对内部缺陷的准确定位、识别,为电磁超声和涡流复合式检测技术在板材的复杂缺陷检测中的应用提供了基础。

基于N-P准则的水声信号检测系统信息融合

多基阵数据融合技术在水声信号处理中具有重要意义 ,本文给出了基于Neyman Pearson准则的多传感器分布式水声检测信息融合系统 .研究了全局最优融合系统以及局部传感器的最优判决准则 .在假定各传感器检测独立的情况下 ,对三传感器的情况进行了仿真 .结果表明 。

基于强散射点径向积累的高分辨极化目标检测研究

研究了宽带高分辨雷达杂波环境中的目标检测问题 ,提出了基于强散射点径向积累的高分辨极化目标检测方法 ,利用宽带波形固有的径向高分辨力对目标进行一维距离成像 ,结合目标的极化特性 ,估计出回波中强散射点的数量和分布 ,通过对不同径向分辨单元内的强散射点进行积累 ,可有效地提高信杂比 。