基于DEMON线谱的轴频提取方法研究

目标的螺旋桨不同则轴频不相同。轴频是目标的特征之一,可以应用于目标识别当中。本文提出一种改进的高频噪声解调分析(DEMON)方法,能够得到具有明显线谱的DEMON谱;提出最大公约数算法,并给出提取轴频的具体步骤。海试数据实验结果验证了本文所提方法及算法的有效性和可行性。     

单矢量水听器方位估计的柱状图方法

单矢量水听器可以估计目标方位,矢量水听器信号处理中用到的平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰,但不能抗相干干扰.文中提出了一种新的单矢量水听器方位估计方法柱状图方位估计法,介绍了该方法的原理;对宽带信号中含强线谱相干干扰的情况进行了计算机仿真,结果表明该方法在强线谱相干干扰下能有效检测目标、估计目标方位;海试结果验证了该方法抗强线谱相干干扰的有效性.     

矢量线阵目标调制谱提取及模板生成方法

针对矢量线阵跟踪目标DEMON谱提取问题,提出了一种矢量线阵DEMON谱提取及其模板生成方法.该方法可以有效提取DEMON谱成分,利用DEMON谱互谱可剔除干扰DEMON线谱,较有效解决矢量线阵左右舷目标DEMON谱特征混淆的问题.通过海试数据初步验证了该方法的有效性.     

遗传算法优化变分模态分解提取舰船辐射噪声特征线谱方法

特征线谱提取是舰船目标识别的一个重要研究环节,常采用传统的DEMON谱分析方法,处理过程中,一般对舰船噪声时域信号未予抑噪,低信噪比情况下,传统DEMON谱分析性能差。对此,提出一种采用遗传算法优化变分模态分解方法,用于分解舰船噪声原时域信号,获得抑制噪声后的舰船噪声重构信号,进而有效提取了舰船目标噪声幅度调制特征线谱。该方法首先采用遗传算法优化变分模态分解的两个关键输入参数(分解所取模态个数和惩罚因子),对变分模态分解得到的各阶固有模态分量加以判别,去除噪声主导分量,保留信号主导分量,使重构舰船噪声信号显著抑制了干扰噪声,然后对降噪后的重构信号进行频谱分析,获得目标噪声调制特征线谱。理论分析、仿真和实验数据处理结果表明,相比传统DEMON谱分析法,基于遗传算法优化变分模态分解的舰船噪声特征线谱提取方法具有更好的噪声抑制能力,所获取的舰船噪声幅度调制特征线谱信噪比明显高于传统DEMON方法,具有一定优势,前景良好。     

舰船螺旋桨轴频估计中线谱要素提取算法

舰船辐射噪声DEMON谱(调制解调谱)线谱要素提取是舰船螺旋桨轴频估计中的关键步骤。现有的线谱提取技术主要用于功率谱线谱检测,侧重于线谱频率的确定,不能满足舰船螺旋桨轴频估计需求。本文根据DEMON谱线谱的特点及人工提取线谱的过程,设计了一种新的线谱要素提取算法,改进了谱峰筛选技术,将多时刻的DEMON线谱基于最大似然估计和谱峰序列相似度加以融合决策,最终确定了线谱频率和幅值(峰值)及边界。通过实际数据验证,此线谱要素提取算法更适用于螺旋桨轴频估计,可提高轴频估计的准确率。     

被动线谱检测的子带分解和分方位区间融合算法

目标辐射噪声中低频线谱丰富,而且谱级比高、强度稳定,相比调制谱检测具有优越性。基于子带分解处理的现有融合方法适用在信噪比相对较高情况下,而当干扰是相干的或强宽带信号时,对线谱目标有效检测仍没很好解决。本文从子带空间谱统计特性出发,利用线谱谱级高出连续谱10-25dB;线谱频带所在方位区间的输出方位波动小,而其他分区间的输出方位波动大特点,提出了一种在信噪比低,多目标并存情况下更有效的弱线谱提取融合方法。理论仿真和海试实验数据处理结果验证该方法具有创新性、较常规方位稳定算法适用范围更广、检测效果更好,适合工程应用。     

一种改进的时变转移概率AIMM跟踪算法

针对矢量线阵跟踪目标低频线谱提取问题,提出了一种矢量线阵低频线谱提取方法,其中利用拉平后线谱的均方差乘一比例因子设为门限的方法,可以有效提取线谱成分;并且研究了利用互谱中高信噪比线谱测向剔除干扰线谱方法,准确提取出目标特征线谱,可较有效解决矢量线阵左右舷目标低频线谱特征相互干扰问题。上述矢量线阵低频线谱提取方法,得到了海试数据的初步验证。     

一种基于频率方差加权的线谱目标检测方法

在复杂的多目标声场中,常规波束形成（CBF）检测器性能显著下降。本文提出一种基于频率方差加权的线谱目标检测方法——CBF频率方差检测器,利用被动目标辐射噪声中含有高强度的稳定线谱这一特征,用每个方位频率域的峰值频率方差对CBF输出的方位谱进行加权。该检测器可在多目标强干扰和同波束强相干干扰背景中检测到弱线谱目标,且只须三维显示,避开了传统的线谱检测四维显示的难点。仿真和海试结果表明,在多目标、强干扰的环境下,可以探测到弱线谱目标。      

目标辐射噪声中线谱序列的提取方法

不同类型目标辐射噪声包络谱中的线谱及其谐波分布存在较大差异，是进行目标检测和分类识别的重要线索。本文提出了一种基于能量判据和子频带综合的线谱序列提取方法，并利用实测数据进行了比较分析。仿真和对实际数据分析的结果表明，该方法能够较准确、稳定提取线谱序列，为目标检测和分类识别提供了可靠依据。     

水平线列阵方位—相速度联合的卡尔曼滤波方法*

传统的水下被动测向方法通过波束形成估计目标角度,水平线列阵波束形成中的参考声速应使用声传播的相速度,在被动测向中,由于声源距离未知,因此在对目标角度估计时选取的参考声速与接收阵处的相速度往往存在偏差,从而影响测向精度。本文提出了一种水平线列阵方位-相速度联合的纯方位扩展卡尔曼滤波方法,该方法引入相速度作为估计状态量以此校准参考声速,提高测向精度,进而改善了由于测向误差较大引起的纯方位扩展卡尔曼滤波算法跟踪结果发散的问题。浅海传播条件下的数值仿真结果表明,改进方法较常规纯方位扩展卡尔曼滤波算法具有更高的跟踪精度及稳健的跟踪性能。     

基于DEMON谱和LSTM网络的水下运动目标噪声基频检测*

传统的船舶辐射噪声基频检测方法不仅依赖大量的先验知识,而且对背景噪声非常敏感。为了提高目标识别的稳定性和精确性,本文提出了一种基于深度神经网络的基频检测算法。首先从多通道水听器信号中提取DEMON谱,然后直接将二维谱特征矩阵输入由CNN和LSTM构成的级联网络,最后通过稠密层输出实现对基频的估计。从仿真和外场试验数据得到如下结论：（1）深度网络能够实现无先验知识和不同信噪比条件下的基频检测,具有良好的泛化性能。（2）LSTM网络能够高效地从时序DEMON谱中提取统计特征,提高基频估计精度。（3）输入信号的时间长短会影响网络的检测精度,更长时间的信号能够获得更好的检测结果。     

支持向量机对舰船噪声DEMON谱的分类识别

本文采用径向基核函数的支持向量机的分类算法,实现了对舰船目标的分类识别。对两类不同类型的舰船的辐射噪声的DENOM谱建立了支持向量机模型,并进行了分类识别试验。试验结果表明,在结构风险最小的准则下,采用网格搜索法确定,径向基核函数的参数σ取值0.23、惩罚系数C值取13为最优的分类识别参数。并通过留一法验证,该模型具备良好的推广能力,总体正确识别率为91.2%。     

基于空化辐射噪声的检测方法实验研究

空化空蚀严重影响水利设备的正常工作和使用寿命,为此本文研究了基于水听器信号的水泵空化检测方法,从空化噪声辐射基本特性出发,分析并选取强度、脉冲以及频谱结构等特征参数组成最优分类特征向量,使其既有较强的稳定性,也有较好的灵敏度。以此特征向量训练获得的支持向量机(SVM)分类器进行水泵空化状态识别准确率平均能有99.6%。检测其他结构水泵的空化,识别准确率也在96.5%以上。在较高环境噪声单一能量特征无法识别的情况下,依然有较好的识别准确率。表明该方法对不同结构的水泵及较高环境噪声具有一定的鲁棒性,有较好的应用价值。     

光纤矢量水听器指向性测试及锐化技术

光纤矢量水听器是一种新型的水听器,它兼具矢量水听器和光纤水听器的优点。矢量水听器具有自然的偶极子指向性,但是其-3dB带宽为90°,目标分辨能力有限,因此需要对其进行指向性锐化。本文对光纤矢量水听器的自然指向性进行了湖试测定,研究了基于最小方差无失真响应(MVDR)方法的指向性锐化技术,在湖试数据处理中,将其-3dB主波束宽度抑制在20°以内,取得了良好的效果。     

单水听器被动测距的脉冲周期最接近法

为了解决单水听器对运动目标的被动测距的问题,提出了一种基于最小二乘的脉冲周期最接近法。该方法适用于目标发射固定周期脉冲信号,推导了目标运动参数与单水听器接受信号脉冲周期的关系式,构建一个长方矩阵,在最小二乘意义下,计算目标最接近距离和速度。使用泰勒展开公式,分析了算法的误差特性。为单水听器被动测距提供了新方法。仿真结果表明了新方法的正确性。     

基于矢量水听器阵列空域预滤波处理的多重信号分类算法研究

矢量水听器能同时拾取声压和振速信息,在相同的信噪比、阵元数及阵列孔径下,矢量阵定向性能优于声压阵列。目前,以多重信号分类算法(Multiple signal classification,MUSIC)为代表的高分辨定向算法已经广泛应用于矢量水听器阵列中。但是随着信噪比降低、信号源方位间隔减小,传统MUSIC算法定向精度及分辨概率显著下降。本文采用最小二乘法设计适用于矢量水听器水平阵列的矩阵空域滤波器,用于阵列数据的空间滤波预处理,可以对阻带扇面噪声进行有效抑制。由滤波后的数据协方差矩阵可以得到新的噪声子空间,在传统MUSIC算法基础上修正通带扇面内阵列流型的畸变后即可得到滤波后MUSIC算法的方位谱。仿真结果表明,当信噪比较低时,改进算法有效提高了通带扇面内目标方位分辨性能。最后本文对四基元矢量水平阵列海试数据进行了处理,改进算法对窄带信号定向较常规算法-3 dB束宽减小了13°,旁瓣级降低约8 dB。对有一定带宽的行船辐射噪声定向处理得到了更加精确的航迹图,海试数据处理结果证明了该算法的可行性和有效性。