基于小波变换的水下目标弹性散射提取方法研究

摘要

水下目标的探测与识别是水声领域研究的重点问题，其关键在于提取出与目标本身的物理特性相关的信息与特征。一般情况下，目标特征是目标回波信号经过时域、频域或时频域信号处理方法处理而得到的直接结果，但对于同时具有几何散射与弹性散射的目标回波信号，目标几何散射亮点回波与弹性散射亮点回波在时域及频域上均存在混叠，现有信号处理方法受分辨力的限制不能直接从频域或时域获取目标的弹性散射亮点信息。根据相关研究结果，弹性亮点出现在声波入射目标的一定角度范围以及一定的频率范围内，并且弹性散射亮点能够在回波频谱上以局部频段叠加干涉的方式存在。因此，本文提出将目标回波信号的频谱视为时域信号，采用小波变换进行目标弹性散射亮点干涉谱提取的处理方法，为水下目标回波的信号特征提取问题提供新的研究思路与解决途径。
　　小波变换可以通过目标几何亮点干涉谱与弹性亮点干涉谱的分布差异，将目标回波信号的频谱投影在不同的信号分析空间中，从而达到在某个信号分析空间中削弱几何亮点干涉谱，突出弹性亮点干涉谱的目的。本文以声呐目标回波亮点模型为基础，根据目标模型的几何结构，以及目标弹性散射的中频增强效应与表面环绕波绕行理论，仿真了不同声波入射角度下的目标回波信号，并利用频域连续小波变换与频域离散小波变换对目标回波信号的频谱进行处理，提取了仿真信号的弹性亮点干涉谱。仿真结果显示频域连续小波变换能够在特定尺度下提取弹性亮点干涉谱，频域离散小波变换能够在第二层及第三层近似系数重构的信号空间能够提取出弹性亮点干涉谱。本文对消声水池中进行的悬吊目标全角度声散射测量实验数据进行了处理。实验数据处理结果表明，经过频域连续小波变换与频域离散小波变换处理的目标回波信号弹性亮点均在角度-频率谱上具有与理论相似的碗型干涉条纹。该结果验证了本文所提出方法的有效性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 水下目标回波特性的国内外研究现状

1.3 小波变换理论概述

1.4 论文主要研究内容

第2章 水下目标回波结构研究

2.1 基于物理声学方法的目标声散射特性理论

2.2 水下目标回波的亮点模型

2.3 目标几何亮点回波分析与仿真

2.4 目标回波弹性亮点模型分析与仿真

2.5 本章小结

第3章 基于小波变换的水下目标弹性散射提取方法研究

3.1 Fourier分析的局限性与小波分析优势

3.2 连续小波变换

3.3 离散小波变换

3.4 目标回波频域特性的小波分析仿真

3.5 本章小结

第4章 实验及数据处理

4.1 实验情况概述

4.2 实验数据处理

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢