水下高速航行体辐射噪声检测及特征提取技术

论文摘要

随着现代科学技术的发展,水下高速航行体在航速、航程、航深、隐蔽能力等方面的性能显著提高,对其进行预警和特征提取是被动声纳信号处理的重要研究课题。水下高速航行体辐射噪声中包含了多种信号,如入水信号、加速信号、航行信号、寻的自导信号等,本文采用多种信号处理方法从多个角度对其进行基础性的研究和分析。全文主要分为三个部分：水下航行体辐射噪声的分析与建模,水下航行体瞬态信号检测技术研究和水下航行体辐射噪声信号的特征提取技术研究。首先分析了水下高速航行体辐射噪声的基本特性,以此为依据建立符合实际情况的数学模型。分别对水下航行体入水信号、航行信号、寻的信号进行模拟,得到了与实测信号较为接近的仿真信号。针对水下高速航行体瞬态信号的特点,以短时能量检测、Power Law检测和Page Test检测方法为基础,提出了WP-STED、WP-Power Law检测和WP-Page Test检测方法。该方法首先对接收信号进行小波包分析去除信号中的噪声干扰成分,再利用检测器进行检测。仿真研究验证了几种方法对低信噪比信号的检测,较传统算法有着更优的处理效果,对实测击水声信号和盖板声信号进行处理,进一步验证了算法的可靠性。研究了水下航行体辐射噪声特征提取技术。将图像处理与时频分析相结合,采用了STFT-RT算法,该方法能够在提高时频图像信噪比的基础上进行图像变换来降低谱线特征维数,实现计算机自动提取变速信号频率变化率和平稳航行信号叶频特征；介绍了DEMON谱分析方法,结合自适应线谱增强器,获取了水下航行体平稳航行过程中的螺旋桨轴频及其倍频；借鉴图像处理中的区域生长技术,通过沿时间轴对时频谱图进行搜索,实现对水下高速航行体辐射噪声线谱的跟踪提取。仿真研究验证了算法的有效性,对实际数据进行处理得到了利于综合判别的多种信号特征。旨在通过本文的研究,为充分了解和提取水下航行体辐射噪声信号特征,提高报警声纳性能提供技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景及意义
• 1.2 水下高速航行体辐射噪声检测与特征提取技术
• 1.2.1 水下高速航行体瞬态信号检测技术
• 1.2.2 水下高速航行体辐射噪声特征提取技术
• 1.3 论文研究内容
• 第2章 水下高速航行体辐射噪声分析
• 2.1 水下高速航行体入水瞬态信号
• 2.1.1 入水瞬态信号辐射噪声分析
• 2.1.2 入水瞬态信号建模及仿真
• 2.2 水下高速航行体变速航行信号
• 2.2.1 变速航行信号分析
• 2.2.2 变速航行信号建模及仿真
• 2.3 水下高速航行体平稳航行信号
• 2.3.1 平稳航行信号分析
• 2.3.2 平稳航行信号连续谱的生成
• 2.3.3 平稳航行信号线谱的生成
• 2.3.4 平稳航行信号仿真结果
• 2.4 水下高速航行体声自导信号
• 2.5 本章小结
• 第3章 水下高速航行体瞬态信号检测技术
• 3.1 STED与WP-STED检测算法
• 3.1.1 算法原理
• 3.1.2 仿真研究
• 3.1.3 击水声和盖板声信号的STED和WP-STED检测
• 3.2 Power Law与WP-Power Law检测算法
• 3.2.1 算法原理
• 3.2.2 仿真研究
• 3.2.3 击水声和盖板声信号的Power Law和WP-Power Law检测
• 3.3 Page Test与WP-Page Test检测算法
• 3.3.1 算法原理
• 3.3.2 仿真研究
• 3.3.3 击水声和盖板声信号的Page Test与WP-Page Test检测
• 3.4 本章小结
• 第4章 水下高速航行体辐射噪声信号特征提取技术
• 4.1 基于STFT-RT算法的航行信号特征提取技术
• 4.1.1 STFT-RT算法航行信号提取特征原理
• 4.1.2 基于STFT-RT算法的变速航行信号特征提取
• 4.1.3 基于STFT-RT算法的平稳航行信号特征提取
• 4.2 DEMON谱特征提取技术
• 4.2.1 DEMON谱分析
• 4.2.2 DEMON谱净化
• 4.2.3 仿真研究
• 4.2.4 实验数据处理
• 4.3 基于区域生长的线谱跟踪技术
• 4.3.1 区域生长技术
• 4.3.2 线谱跟踪提取技术
• 4.3.3 仿真研究
• 4.3.4 实验数据处理
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢