声引信中线谱检测的相关方法和时频分析

论文摘要

本文基于最近二十多年来信号检测与处理学科的发展，结合声引信发展需要对水下目标辐射噪声线谱检测技术进行研究，研究了一些传统信号检测处理方法实现的原理。主要研究工作如下： 1、针对微弱正弦信号检测，首先分析了传统的自相关方法，在此基础上研究了一种用于微弱正弦信号检测的新方法，在信号未知的情况下，通过多次自相关运算成功的检测出淹没于强噪声中的微弱正弦信号。同时研究了基于对称相关函数法的线谱检测，研究表明对称相关函数法比传统相关方法在频谱分析上具有更高的分辨率，抑制噪声的性能优于传统的相关函数。然后讨论了极性相关原理，给出了对称相关函数的极性相关实现。分析和仿真表明，极性相关能大大减少相关分析的运算量。 2、研究了现代谱分析AR模型Levinson方法、并把近代谱估计的方法引入到互谱估计中，从理论上证明了互相关函数的Yule-Walker方程，在此基础上研究了互谱估计的Levinson递推估计方法，该方法可以有效的地克服传统的互谱FFT算法和周期图法存在的谱分辨率低、谱估计方差大的缺点。结合经典功率谱估计和现代谱估计的特点，采用联合的方法提取水下目标辐射噪声线谱，所用方法技术成熟、方法简单，有利于对目标特征信息进行实时检测，因而具有实用价值。 3、由于傅里叶变换在信号的时间信息和频率信息上的矛盾引出了时频联合分析的思想，文中详细介绍了短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布和Wigner-Hough变换这3种典型时频分析方法的，对他们的性能进行了分析和比较，指出了这些分析方法的优势和存在的问题。利用短时傅里叶变换对实测的舰船辐射噪声进行分析，在窗函数选择合理的情况下，能够检测出辐射噪声中的线谱成份。利用Wigner—Hough变换对水下目标信号的检测时，当信号的时频分布具有线条成分时，可以显著提高检测信噪比，同时对多分量信号时频分布的交叉项具有明显的抑制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 舰船辐射噪声概述
• 2.1 引言
• 2.2 舰船辐射噪声特性分析
• 2.2.1 机械噪声
• 2.2.2 螺旋桨噪声
• 2.2.3 水动力噪声
• 2.3 本章小结
• 第三章 相关检测
• 引言
• 3.1 信号的相关函数
• 3.1.1 相关函数的定义
• 3.1.2 相关函数的性质
• 3.1.3 相关函数的估计
• 3.2 自相关检测
• 3.2.1 自相关检测周期性信号
• 3.2.2 多重自相关检测
• 3.3 极性相关检测
• 3.3.1 极性相关器的工作原理
• 3.3.2 极性相关的逐点连续计算
• 3.3.3 极性相关器的检测性能
• 3.4 对称相关函数法
• 3.4.1 对称相关函数的定义和性质
• 3.4.2 对称相关函数抵消噪声的机理
• 3.4.3 对称相关函数的处理增益
• 3.4.4 实例仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 现代谱估计法
• 4.1 AR模型的 Levision法
• 4.1.1 AR模型
• 4.1.2 AR模型的正则方程与参数计算
• 4.1.3 Levinson-Durbin快速算法
• 4.1.4 AR模型谱估计的性质
• 4.1.5 现代谱估计各种算法性能的比较
• 4.2 现代互谱估计
• 4.2.1 互相关函数的 Yule-Walker方程
• 4.2.2 互谱参数估计的 Levison算法
• 4.2.3 数字仿真结果
• 4.3 联合估计方法
• 4.3.1 辐射噪声的数学模型
• 4.3.2 联合方法检测
• 3.4 本章小结
• 第五章 时频分析法
• 引言
• 5.1 短时傅里叶变换方法
• 5.1.1 时频分析的基本理论和性质
• 5.1.2 连续信号的短时傅里叶变换
• 5.1.3 离散信号的短时傅里叶变换
• 5.2 Wigner-Ville分布
• 5.2.1 Wigner分布的定义
• 5.2.2 Wigner分布的性质
• 5.2.3 仿真结果
• 5.3 Wigner—Hough变换
• 5.3.1 Wigner-Hough变换的定义
• 5.3.2 在信号检测中的应用
• 5.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士论文期间发表论文