水声目标瞬态信号检测与识别技术研究

摘要

水声目标检测识别是水声工程中的一个重要问题。由于舰船噪声控制技术的发展，水声目标稳态信号不断减小，检测和识别难度也随之增加。而目标瞬态信号一般随机产生，控制较困难，因此瞬态信号检测与识别技术的研究将为水声目标的检测识别开辟新的途径。本文针对被动声纳工作的特点，按接收信号形式的不同设计了目标瞬态信号检测与识别系统，在时域及时频域内提取瞬态信号特征。 论文分为三部分。第一部分为第一章至第二章，介绍了水声目标瞬态信号研究的意义，分析了几种水声瞬态信号的物理机制，并建立了瞬态信号的数学模型，基于此模型论证了瞬态信号特征的有效性。第二部分为第三章，着重介绍了声纳多波束能量输出中瞬态信号的检测问题，利用基于修正信噪比的能量自适应门限检测算法取得了较好的检测效果，并利用瞬态信号多波束能量输出实现了目标的初步识别。第三部分为第四章和第五章，其中第四章鉴于声纳多波束能量输出的精度问题，利用声纳跟踪波束提取瞬态信号的特征，分别从信号对域包络、短时Fourier变换(STFT)及小波变换等方面提取了瞬态信号的分类特征，包括瞬态信号的宽度、信噪比、边沿指数及时频能量分布等特征。并对由实际信号得到的各种特征的分类性能进行了分析。同时讨论了Hilbert-Huang变换(HHT)在瞬态信号处理中的应用。第五章则充分利用第四章所提取的特征信息，通过对特征向量的聚类分析实现了瞬态信号的识别。实际信号的试验结果显示了本文所设计的水声目标瞬态信号检测与识别方法的可行性。

目录

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第一章绪论

1.1研究意义

1.2水声瞬态信号

1.3本文的研究工作

第二章水声瞬态信号数学模型

2.1水声瞬态信号物理机制

2.1.1目标发射声

2.1.2舰船撞击声

2.1.3其他水声瞬态信号

2.2双指数函数

2.3瞬态信号振动模型

第三章声纳多波束瞬态信号检测与识别

3.1多波束能量输出中瞬态信号检测

3.1.1基于实时能量估计的自适应门限调整

3.1.2瞬态信号能量检测

3.1.3基于修正信噪比的二次检测

3.2多波束能量输出中瞬态信号初步识别

第四章声纳跟踪波束瞬态信号特征分析及提取

4.1瞬态信号预处理

4.2瞬态信号宽度特征

4.3信噪比

4.4瞬态信号时域包络分析及边沿曲线拟合

4.4.1瞬态信号包络分析

4.4.2曲线拟合

4.5瞬态信号变换域特征

4.5.1短时Forier变换(STFT)

4.5.2小波变换及特征提取

4.6 Hilbert-Huang变换在水声瞬态信号中的应用分析

4.6.1瞬时频率

4.6.2经验模态分解法EMD

4.6.3 Hilbert谱

第五章利用瞬态特征对信号进行识别分类

5.1数据聚类分析

5.2基于时域特征的瞬态信号分类识别

5.3基于变换域能量特征的瞬态信号分类识别

结束语

致谢

参考文献