海洋環(huán)境下的船艦輻射弱信號(hào)檢測(cè)研究.pdf

1、船艦輻射噪聲包含了船艦及水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)非常重要的特征信息。這些信息可以用來(lái)進(jìn)行水面、水下目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤和參數(shù)估計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軍事目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和識(shí)別，這對(duì)國(guó)家的國(guó)防安全具有十分重要的軍事意義。然而由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，輻射噪聲在復(fù)雜的時(shí)-空-頻隨機(jī)多變的海洋信道中傳輸時(shí)，有用信號(hào)往往被畸變與時(shí)延，并淹沒(méi)在背景噪聲當(dāng)中，這給檢測(cè)船艦輻射噪聲帶來(lái)非常大的困難與挑戰(zhàn)。
　　目前船艦輻射噪聲的檢測(cè)中主要分為先驗(yàn)檢測(cè)和后驗(yàn)檢測(cè)，其中先驗(yàn)檢測(cè)是已知各

2、類(lèi)船艦的輻射噪聲特征，隨后通過(guò)檢測(cè)來(lái)識(shí)別和跟蹤各類(lèi)船艦?zāi)繕?biāo)。后驗(yàn)檢測(cè)是在船艦輻射噪聲特征未知的情況，檢測(cè)出特定船艦的特征，為后續(xù)的目標(biāo)識(shí)別打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文首先從海洋環(huán)境噪聲入手，詳細(xì)分析了船舶輻射噪聲的產(chǎn)生機(jī)制和特點(diǎn)。本文對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)方法進(jìn)行研究，通過(guò)傳統(tǒng)的高階統(tǒng)計(jì)量方法與高性能的隨機(jī)共振方法進(jìn)行對(duì)比研究，分別進(jìn)行了理論描述與性能檢測(cè)分析。并針對(duì)船艦輻射噪聲的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出用于檢測(cè)多種類(lèi)型微弱信號(hào)的檢測(cè)方法，為后續(xù)船艦的目標(biāo)識(shí)別和參

3、數(shù)估計(jì)做好理論鋪墊和基礎(chǔ)。根據(jù)船艦輻射噪聲的特性，本文建立了關(guān)于船艦噪聲的簡(jiǎn)易數(shù)學(xué)模型，使得在不需要花費(fèi)較大的精力的情況下就可以進(jìn)行微弱信號(hào)檢測(cè)算法的仿真驗(yàn)證。同時(shí)本文創(chuàng)新性的提出了一種結(jié)合小波變換和混沌理論的非線(xiàn)性檢測(cè)系統(tǒng)，提出一種根據(jù)小波包分解系數(shù)和基于無(wú)偏估計(jì)的閾值選擇算法來(lái)自動(dòng)地確定小波的分解層數(shù)和去噪閾值，這種方法能克服在小波去噪時(shí)分解和閾值選擇的盲目性和不合理性。隨后在混沌系統(tǒng)中為了避免混沌臨界態(tài)和大尺度周期態(tài)之間模糊性，又

4、提出基于梅爾尼科夫(Menikov)函數(shù)和過(guò)零檢測(cè)法的判斷依據(jù)，并成功的檢測(cè)出在較低信噪比情況下的待測(cè)信號(hào)的頻率和相位。隨后論文討論了隨機(jī)共振理論在微弱信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用。首先分析了隨機(jī)共振的系統(tǒng)參數(shù)、噪聲和驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的關(guān)系，隨后本文提出了一種結(jié)合平均反演與插值擬合的多頻模擬信號(hào)的檢測(cè)與恢復(fù)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法與理想的濾波器相比能有效的降低多頻微弱信號(hào)的波形畸變和相位延遲，并且更加適合識(shí)別頻率接近于多頻信號(hào)的微弱信號(hào)。隨后又討論了隨

5、機(jī)共振在基帶數(shù)字信號(hào)傳輸中的應(yīng)用，依據(jù)時(shí)間尺度變換方法來(lái)建立一種微弱聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該系統(tǒng)的有效性。最后針對(duì)四葉螺旋槳的輻射噪聲提出一種掃頻式隨機(jī)共振的大參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)，分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在強(qiáng)噪聲的背景下，仍能檢測(cè)出低頻線(xiàn)譜的微弱信號(hào)。
　　2015年7月實(shí)測(cè)了中型船的輻射噪聲，分別用了小波混沌振子陣列和掃頻式隨機(jī)共振進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)該船舶有約為3.88Hz的軸頻及其諧波分量，這些頻率成分就是后續(xù)目標(biāo)識(shí)別和參