一种基于自相关函数的幂律检测器

针对水下高斯噪声中非高斯瞬态信号的检测问题,在研究Nuttall提出的power-law(幂律)检测器的基础上,为了提高其检测性能,依据信号和噪声的自相关函数的差异,提出了基于自相关函数的power-law检测器,并对其参数的最佳选取及检测性能进行了仿真研究。仿真结果表明,基于自相关函数的检测器较基于DFT的power-law检测器性能有所提高,有一定的可行性。     

水声瞬态信号短时谱形态及谱相关法检测

通过对海上记录时间大于4h的几十条水声目标噪声进行归一化短时谱图即船谱图方法分析,归纳出一些典型的瞬态信号的时频分布形态。有竖条分布、横条分布、“麻花状”的共振峰滑动型和能量集中的正方型分布等,为进一步研究和识别瞬态信号打下基础。文章还调查了谱相关技术（二阶累积量谱）在干扰噪声中检测水声瞬态信号的性能。计算机模拟和对18个实际瞬态信号的分析说明用谱相关技术检测瞬态信号的有效性,近80％的实际信号比常规功率谱检测有3～6dB的增益。文章最后研究用谱相关提取瞬态信号模态的技术,给出了3个无源目标瞬态信号模态较清晰的图像,为识别瞬态信号提供特征。     

非平稳噪声背景下瞬态声脉冲检测新方法

针对非平稳噪声背景下瞬态声脉冲检测难的问题,基于倒谱信号的时域分布特征,提出利用倒谱—小波进行瞬态脉冲检测的新方法,经严格的理论推导证明了该方法的可行性。数值仿真和实验数据处理表明,倒谱—小波方法的检测概率远优于传统能量检测和基于DFT的Power-law检测,尤其在极低信噪比条件下,传统检测方法皆已失效,而本文方法仍然可以获得良好的检测效果。本文工作为进一步研究水声瞬态脉冲的检测提供了技术途径和理论依据。      

基于时间尺度域二维相关的宽带信号检测

按相关检测的思想,提出了基于小波变换(CWT)时间尺度域二维相关的宽带水声信号检测方法,并对其检测性能进行了仿真与实验分析,结果表明:基于CWT的检测器检测性能优于能量检测器,与匹配滤波器相比差别不是很大,而且基于CWT的检测器有很好的鲁棒性,特别是在低信噪比下的检测性能尤其突出。该方法不仅仅适合于宽带水声处理,也适合于处理波形和达到时间未知的暂态声呐、雷达及鱼雷自导等信号。     

基于经验模态分解的物体入水声检测及测向研究

物体入水声是一种瞬态信号,其波形由击水声和若干气泡脉动组成.传统的欠量信号处理方法对此类瞬态信号的枪测和测向会出现困难,尤其是在信噪比较低时检测不到入水声信号.经验模态分解是一种突出信号局部瞬态特性的非线性分析方法,将矢量传感器接收的声压、振速信息分解为不同的固有模态函数,利用文中提出的模态声强器的方位估计算法,可以实现瞬态信号的检测和测向.湖试和海试结果表明该方法能把本地干扰和入水声分解到不同的模态函数中,利用模态声强器可以在本地强干扰下有效检测到入水声信号出现的时间,并可以实现测向.     

瞬时频率方差检测器(VIFD)及其性能评价

匹配滤波器及相关器是在理想信道中白噪声背景下检测确知信号的最佳检测器,但由于水声信道的复杂性,这类理论上的最佳检测器在实际水声信道的应用中,性能产生严重蜕化。利用瞬时频率序列及其统计特征的估计结果,根据水声信道以及主动声呐工作环境的特点,提出了一种针对CW脉冲的回波信号的性能稳健的新型检测器一瞬时频率方差（VIF）检测器。根据理论分析、计算机仿真分析和实验验证,该检测器在非平稳的干扰背景和信道中具有很好的稳健性。对信号的起伏与衰落及多卜勒失配也有很好的适配性能。     

水声时变线谱建模与双稳态随机共振分析

建立了水声时变线谱的模型,将双稳态随机共振系统应用于水声时变线谱信号的检测,考查了随机共振系统对水声环境的适应能力,提出了设计水声线谱检测系统可以利用的外在参数。在信噪比变化、声压起伏、线谱漂移等情况下,仿真结果表明双稳态随机共振系统都能较好地工作。为水声领域新型线谱检测系统的设计提供了依据。     

基于时反镜能量检测法的循环移位扩频水声通信

海面的起伏和多普勒效应使得接收信号的载波相位发生跳变以及水声信道的多途扩展使得接收信号波形发生畸变,这严重影响循环移位扩频系统的性能.本文提出循环移位能量检测器算法,通过检测循环移位匹配滤波器的输出能量对系统进行解码,可有效解决载波相位跳变对循环移位扩频系统的影响;将时间反转镜技术与循环移位能量检测器相结合,进一步提出时反镜能量检测器算法,利用已检测到的符号对信道进行实时估计并进行时反处理,抑制了水声信道多途扩展的影响,保证了循环移位扩频系统可在低信噪比条件下工作.通过大连海上试验以及莲花湖湖上试验验证,在复杂水声信道多途扩展、载波相位跳变和低信噪比条件下实现了低误码水声通信.     

模态信息非完备采样对水下声源检测的影响及改进方法

给出了海洋波导中位置未知简谐声源的广义似然比检测器及其理论检测性能.通过对检测器中模态相关矩阵进行特征值分解,将该检测器分解为与各阶特征值相对应的谱成分.推导了各阶谱成分的统计特性并以此获得了谱成分对输入信号的空间处理增益,该增益与谱成分对应的特征值成正比.当模态信息采样不完备时,模态相关矩阵存在部分接近于0的小特征值,相应的谱成分对输入信号的空间处理增益与其余谱成分相比非常小.通过舍去这部分谱成分,提出了有效谱检测器.该检测器在保持其输出中目标信号成分与广义似然比检测器相同的基础上,有效减少了其中的噪声成分,因此,具有比广义似然比检测器更好的检测性能.在典型的浅海环境下进行仿真实验,仿真结果验证了理论分析、推导以及有效谱检测器的有效性,并且表明非完备采样程度越严重,有效谱检测器相对于广义似然比检测器的检测性能提高越显著.此外,有效谱检测器具有比广义似然比检测器更好的数值计算稳健性.     

一种水声环境下易于硬件实现的盲波束形成方法研究

针对水声环境和水声信号的特点,提出了一种基于高阶累积量的神经网络盲波束形成算法。该方法把高阶累积量可消除高斯噪声干扰这一特性和神经网络可并行计算的结构优势有机地结合起来,不但有效地避免了矩阵求逆运算,而且易于用硬件实时实现盲最优波束形成。仿真实验验证了该算法的有效性和正确性。     

磁流体方腔槽道流整体线性稳定性数值方法研究

将Chebyshev谱配置法和基于非均匀网格的高阶FD-q差分格式运用于磁流体方腔槽道流整体线性稳定性研究,比较两类数值方法的优缺点.Chebyshev谱配置法收敛快且精度高,但需要构造非常庞大的满矩阵,存储量和计算开销巨大;高阶FD-q差分格式采用了基于Kosloff-Tal-Ezer变换的Chebyshev谱配置点作为离散网格,在保持较高网格收敛精度的同时,差分格式可以采用稀疏矩阵进行存储,显著降低了存储量和计算开销.相比传统的谱配置法,基于非均匀网格的高阶FD-q差分格式计算效率得到显著的提升,将高阶FD-q差分格式运用于非正则模线性最优瞬态增长的计算,计算效果良好.     

参数未知的舰船辐射噪声检测方法

舰船辐射噪声的检测方法已有广泛研究,其中线谱特征是检测的重要依据。基于线谱特征的舰船辐射噪声检测方法常需要线谱数目、频率等参数作为检测的先验信息,这些信息不准确或无法确知时,检测方法的性能会受到显著影响。针对实际应用中对于未知舰船无法获得其参数信息的情况,研究基于连续谱谱峰特征的更为一般性的信号存在性检测方法。将窄带信号瞬时频率分析的思想扩展到舰船辐射噪声这类宽带信号,从信号频率与能量分布的角度推导得到宽带信号"瞬时频率"的近似表示式。构建宽带信号的瞬时频率检测器,并对其性能进行理论分析,结果表明该检测器的性能主要受舰船辐射噪声瞬时频率方差以及接收信噪比影响。通过计算机仿真和实际数据对算法的性能进行了验证。      

参数未知的舰船辐射噪声检测方法

舰船辐射噪声的检测方法已有广泛研究,其中线谱特征是检测的重要依据。基于线谱特征的舰船辐射噪声检测方法常需要线谱数目、频率等参数作为检测的先验信息,这些信息不准确或无法确知时,检测方法的性能会受到显著影响。针对实际应用中对于未知舰船无法获得其参数信息的情况,研究基于连续谱谱峰特征的更为一般性的信号存在性检测方法。将窄带信号瞬时频率分析的思想扩展到舰船辐射噪声这类宽带信号,从信号频率与能量分布的角度推导得到宽带信号"瞬时频率"的近似表示式。构建宽带信号的瞬时频率检测器,并对其性能进行理论分析,结果表明该检测器的性能主要受舰船辐射噪声瞬时频率方差以及接收信噪比影响。通过计算机仿真和实际数据对算法的性能进行了验证。     

不确定海洋环境中基于蒙特卡罗优化的稳健检测方法

常规的检测算法在实际不确定海洋环境中会遇到环境失配的问题,进而导致检测性能下降。本文结合贝叶斯原理和广义似然比方法,基于蒙特卡罗优化技术,提出了一种不确定海洋环境中信号检测方法。该检测器将环境先验信息应用到广义似然比检验中,在保证有效检测的基础上,降低了计算复杂度。同时给出了精确模型匹配检测器、最优贝叶斯信号检测器、平均模型匹配检测器和能量检测器作为对比的检测算法。计算机仿真和SWellEx-96海上实测数据处理结果表明,本文提出的信号检测器检测取得了优于平均模型匹配检测器和能量检测器的性能,其计算效率也有明显提高。     

不确定海洋环境中基于蒙特卡罗优化的稳健检测方法

常规的检测算法在实际不确定海洋环境中会遇到环境失配的问题,进而导致检测性能下降。本文结合贝叶斯原理和广义似然比方法,基于蒙特卡罗优化技术,提出了一种不确定海洋环境中信号检测方法。该检测器将环境先验信息应用到广义似然比检验中,在保证有效检测的基础上,降低了计算复杂度。同时给出了精确模型匹配检测器、最优贝叶斯信号检测器、平均模型匹配检测器和能量检测器作为对比的检测算法。计算机仿真和SWellEx-96海上实测数据处理结果表明,本文提出的信号检测器检测取得了优于平均模型匹配检测器和能量检测器的性能,其计算效率也有明显提高。      

近程高速水声毫米波通信仿真与试验验证*

水声信道的严重双扩特性极大地限制了水声高速通信的稳健性。针对近程高速水声通信技术的需求,该文基于水声毫米波频段,提出了一种基于超奈奎斯特发射技术及高阶调制技术的单载波的水声毫米波通信技术。而超奈奎斯特发射技术以及高阶调制给接收机带来了极大的挑战:一是超奈奎斯特发射技术引入了严重的符号间干扰,二是高阶调制系统的符号检测对信道估计的精度要求很高。针对以上问题,该文提出了一种基于迭代信道估计技术的迭代软反馈DFE接收机技术。仿真实验表明:采用128QAM高阶调制时,在较为严重的多途衰落信道条件下,采用所提出的接收机可以在15 dB时实现无误码传输。信道水池试验证明:当通信带宽为300 kHz,通信符号率为300k符号/秒且采用64QAM调制时,在发射平台慢速运动的条件下可以实现900 kbps的净数据率,其相应的频谱利用率高达6 Bits/s/Hz。     

基于虚拟时间反转镜的短基线定位研究

海洋的多途效应是影响水声定位信号检测性能的主要因素。为了满足信号检测中的某种"最佳"准则,克服海洋水声信道的多途效应,本文基于信道的匹配滤波器-时间反转镜技术,提出虚拟时间反转结合匹配滤波器构造信号处理接收机的方法。通过计算机仿真和实验数据处理表明,经过基于虚拟时间反转处理的匹配滤波(TR-MF)接收机性能优于传统的匹配滤波(MF)接收机,并且将该技术应用在短基线水声定位系统中,提高了时延估计分辨力,改善了定位精度。     

三种谐波族检测算法的性能对比

基于高阶累积量谱、时序循环平稳信号分析、时频面Hough变换等预处理方法,给出了相对应的三种谐波族信号基频搜索与检测算法,并在2阶、4阶、8阶谐波情形下,应用于受白噪声污染的模拟谐波族信号、实测无人机信号和实测直升机信号等三种谐波族信号的检测概率的计算。计算结果表明,随着阶数的提高,三种算法对目标的检测性能均有所提高;对于上述三种不同信号,其基频搜索与检测能力最好的算法有所不同。所给出的谐波族信号基频搜索与检测算法将在直升机、无人机等目标的检测应用中发挥更好的作用。     

水声波导中包络线谱强度数值预报

为了预报声呐远距离检测包络线谱的性能,本文分析在辐射噪声传播过程中包络线谱强度衰减的原因及提出在水声波导中包络线谱强度的数值预报方法。依据周期性局部平稳过程对舰船辐射噪声建模,推导出无噪声干扰及有噪声干扰下的包络线谱强度的数学表达式,获得了包络线谱强度传播衰减的规律,在水声波导中包络线谱声级传播规律与平稳谱一致,但包络线谱高出连续谱的强度的衰减取决于随信噪比变化的调幅深度修正因子。包络线谱强度数值预报方法如下:先利用传播衰减的数值方法例如用简正波方法波数积分方法PE方法等求出平稳辐射噪声的传播衰减,再求信噪比,最后依据调幅深度修正因子获得包络线谱强度降低的分贝数,预报出在水声波导中任意一点包络线谱信号高度。该理论和数值预报方法具有创新性,实用,简单,适合工程应用。      

基于水声信道传播时延排序的分层空时信号检测

基于分层空时编码的多输入多输出技术是一种极具潜力的高速水声通信技术, 但要实现这种潜力需要复杂的空时信号处理方法, 以抵消来自水声信道的多径干扰和异步到达干扰, 以及叠加在接收端的各层信号之间的干扰. 对低复杂度的空时信号处理方案进行了研究, 提出了一种基于子信道传播时延排序的有序连续干扰抵消信号检测算法, 利用子信道间的传播时延差, 实现可使差错概率最小的最佳检测排序; 给出了利用信道估计, 以极低的计算量确定排序的方法, 从而可以大幅降低信号检测的计算复杂度. 采用低复杂度的单载波频域均衡来抵消水声信道中的码间干扰和异步到达干扰. 仿真结果表明, 基于时延排序的信号处理算法可以获得检测性能的改善, 而且性能增益在高数据率时更加显著. 研究结果表明, 采用有效的信号处理方法可使水声信道中造成信号检测干扰的传播时延成为改善系统性能的有利因素.