目标模拟器中未知参数脉冲信号检测技术研究

摘要

随着全世界海洋资源的争夺和智能声学设备的高速发展，可以在训练场景使用的目标模拟器成为了时下水声设备的研制热点。由于水下兵器操练试验中人力成本和经济成本的高昂，通过目标模拟器转发接收到的脉冲信号来模拟真实目标的回波可以提高科研效率、降低成本、增加试验次数，因此目标模拟器的检测性能尤为重要。论文以目标模拟器中未知参数脉冲信号检测为背景，讨论了噪声功率谱估计、基于短时谱幅度估计的信号增强和多途未知参数脉冲信号检测的若干算法，并通过海洋试验数据进行了论证。 首先根据信号增强算法对实时噪声功率谱估计的需求，讨论了基于最小值统计、连续谱最小值跟踪和最小值控制的递归平均噪声功率谱估计算法，这三种算法即使在信号存在时刻也可以对噪声功率谱连续跟踪。并且分析了三种算法的影响因子及优劣势，利用海试数据验证了最小值控制的递归平均算法在噪声功率谱跟踪上有最佳的估计能力。 其次，在得到准确的噪声功率谱估计基础之上，讨论了基于短时谱幅度估计的未知参数脉冲信号增强算法，如谱减法、改进谱减法、最小均方误差谱幅度估计法以及最小均方误差对数谱幅度估计法，并且仿真分析了最小均方误差对数谱幅度估计法的增强性能。通过海上试验数据进行处理分析，结果显示该算法有效增强了信号，提高了信噪比，为未知参数脉冲信号的检测作了良好的铺垫。 最后，在多途效应的影响下，研究了两种未知参数脉冲信号检测算法，滑窗能量法和Page Test检测法。经过仿真和数据的双重验证，Page Test检测法可以更快对信号的瞬变时刻做出反应，并且利用Page Test检测法和最小均方误差对数谱幅度估计法相结合的方法进行海试数据验证，结果显示该算法有效提升了目标模拟器的检测性能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文背景与研究意义

1．2．1噪声功率谱估计的研究与发展

1．2．2信号增强与噪声抑制算法的研究

1．2．3信号瞬变时刻检测算法研究

1．3本文的主要研究内容

第2章噪声功率谱估计算法研究

2．1直接形式的噪声功率谱估计

2．1．1简单的噪声功率谱估计

2．1．2基于最小统计的噪声功率谱估计

2．1．3基于连续谱最小值跟踪的噪声功率谱估计

2．2基于递归平均的噪声功率谱估计

2．2．1基于信号存在概率的递归平均噪声功率谱估计算法

2．2．2最小值控制的递归平均噪声功率谱估计算法

2．3试验数据分析

2．4本章小结

第3章基于短时谱幅度估计的信号增强算法研究

3．1谱减法

3．1．1谱减法的一般形式

3．1．2带噪信号和纯净信号相位差的上限分析

3．1．3谱减法的改进形式

3．2基于统计模型的短时谱幅度估计增强算法

3．2．1最小均方误差谱幅度估计法

3．2．2判决引导法先验信噪比估计

3．2．3最小均方误差对数谱幅度估计法

3．2．4最小均方误差对数谱幅度估计法的信号适应性

3．3试验数据分析

3．4本章小结

第4章多途未知参数脉冲信号检测技术研究

4．1多途条件下的信号形式

4．2滑窗能量检测

4．3．1基本原理

4．3．2算法流程

4．3．3 Page Test检测算法的信号适应性

4．3．4检测算法性能对比

4．4试验数据分析

4．5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