舰船辐射噪声的特征线谱提取

论文摘要

舰船辐射噪声的特征线谱主要是由目标舰船的机械部件往复、旋转运动,螺旋桨的周期击水以及叶片共振产生的,具有较高的强度和稳定度,因此,特征线谱的研究对实现舰船的被动检测和跟踪非常重要。由于待处理的接收信号中不可避免的存在海洋环境噪声的污染,并且由于仪器固有或者人为等因素,使接收的信号中存在各种形式的噪声干扰。因此,为了提高信噪比,实现高质量的线谱提取,应该对目标信号特性和背景噪声特征全面考虑,结合实际情况采取符合要求而又经济的信号预处理方法降低噪声,提高信噪比。针对舰船辐射噪声这类非高斯非平稳信号,时频分析仍然是最常用有效的分析方法。它可以在时频域中非常清晰直观地描绘出信号的变化状况,而其中的低频线谱的变化规律对于舰船目标的检测和跟踪是非常重要的。然而,有些时候通过解调处理的调制谱中存在许多离散线谱,它可以提供比舰船噪声功率谱更清晰的线谱结构。因此,基于以上这些问题的考虑,为实现特征线谱的高质量提取,本文主要从以下几个方面展开研究：1、讨论了舰船辐射噪声和海洋环境噪声的基本特性；2、针对实际接收信号中存在的复杂趋势项和强脉冲噪声干扰,使用经验模态分解(EMD)法剔除复杂的趋势项和形态滤波技术去除强脉冲干扰；3、使用了经典的时频分析方法提取低频离散特征线谱,并利用高阶累积量具有抑制高斯背景噪声的优点,引入高阶时频分析方法提取低频线谱,取得了较经典时频分析方法更好的处理效果；4、结合使用小波包分解和包络解调技术实现对舰船辐射噪声的调制特征线谱提取。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 海洋环境噪声和舰船辐射噪声研究现状
• 1.2.2 特征线谱提取研究现状
• 1.2.3 形态滤波技术及其在信号预处理中研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 舰船辐射噪声特性研究
• 2.1 舰船辐射噪声源的基本特性
• 2.1.1 机械噪声
• 2.1.2 螺旋桨噪声
• 2.1.3 水动力噪声
• 2.2 舰船辐射噪声的典型特征模拟
• 2.2.1 宽带连续谱建模仿真
• 2.2.2 线谱分量建模仿真
• 2.2.3 调制包络建模仿真
• 2.2.4 舰船辐射噪声的生成
• 2.3 海洋环境噪声的非高斯性和非线性检验
• 2.3.1 海洋环境噪声的基本特性
• 2.3.2 舰船辐射噪声中的非线性耦合特征
• 2.3.3 非高斯和非线性检验方法
• 2.3.4 实验数据的非高斯和非线性检验结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 信号预处理
• 3.1 引言
• 3.2 趋势项剔除
• 3.2.1 关于趋势项的基础理论
• 3.2.2 最小二乘法
• 3.2.3 经验模态分解法
• 3.2.4 实验数据的趋势项处理
• 3.3 形态滤波技术
• 3.3.1 形态滤波理论
• 3.3.1.1 形态学的基本运算
• 3.3.1.2 运算性质
• 3.3.1.3 形态滤波器的构造
• 3.3.1.4 形态学结构元素
• 3.3.1.5 性能评价方法
• 3.3.2 形态滤波性能仿真分析
• 3.3.2.1 高频噪声干扰
• 3.3.2.2 随机噪声干扰
• 3.3.2.3 脉冲噪声干扰
• 3.3.2.4 直流偏移干扰
• 3.3.2.5 复合噪声干扰
• 3.3.3 实验数据处理
• 3.4 本章小结
• 第4章 时频分析技术提取舰船辐射噪声低频线谱
• 4.1 短时傅里叶变换
• 4.1.1 STFT分析方法
• 4.1.2 STFT的仿真分析与数据处理
• 4.2 Wigner-Ville分布
• 4.2.1 WVD分析方法
• 4.2.1.1 关于WVD的交叉项
• 4.2.1.2 经Choi-Williams核滤波的改进WVD分布
• 4.2.2 WVD的仿真分析与数据处理
• 4.3 高阶时频分析
• 4.3.1 高阶累积量的切片谱
• 4.3.2 短时高阶谱
• 4.3.3 Wigner高阶矩谱分析
• 4.3.3.1 Wigner高阶矩谱理论基础
• 4.3.3.2 仿真分析与实验数据处理结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 小波包络技术提取舰船辐射噪声调制线谱
• 5.1 Hilbert包络解调
• 5.2 小波变换理论
• 5.2.1 小波变换的基础理论
• 5.2.2 小波包的基础理论
• 5.3 基于小波包和Hilbert变换的包络解调
• 5.4 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