海洋環(huán)境下的船艦輻射弱信號檢測研究.pdf

1、船艦輻射噪聲包含了船艦及水下運(yùn)動目標(biāo)非常重要的特征信息。這些信息可以用來進(jìn)行水面、水下目標(biāo)的識別、跟蹤和參數(shù)估計，實(shí)現(xiàn)對軍事目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和識別，這對國家的國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-空-頻隨機(jī)多變的海洋信道中傳輸時，有用信號往往被畸變與時延，并淹沒在背景噪聲當(dāng)中，這給檢測船艦輻射噪聲帶來非常大的困難與挑戰(zhàn)。
　　目前船艦輻射噪聲的檢測中主要分為先驗(yàn)檢測和后驗(yàn)檢測，其中先驗(yàn)檢測是已知各

2、類船艦的輻射噪聲特征，隨后通過檢測來識別和跟蹤各類船艦?zāi)繕?biāo)。后驗(yàn)檢測是在船艦輻射噪聲特征未知的情況，檢測出特定船艦的特征，為后續(xù)的目標(biāo)識別打下堅實(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)。本文對微弱信號檢測方法進(jìn)行研究，通過傳統(tǒng)的高階統(tǒng)計量方法與高性能的隨機(jī)共振方法進(jìn)行對比研究，分別進(jìn)行了理論描述與性能檢測分析。并針對船艦輻射噪聲的特點(diǎn)，設(shè)計出用于檢測多種類型微弱信號的檢測方法，為后續(xù)船艦的目標(biāo)識別和參

3、數(shù)估計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)行微弱信號檢測算法的仿真驗(yàn)證。同時本文創(chuàng)新性的提出了一種結(jié)合小波變換和混沌理論的非線性檢測系統(tǒng)，提出一種根據(jù)小波包分解系數(shù)和基于無偏估計的閾值選擇算法來自動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)和過零檢測法的判斷依據(jù)，并成功的檢測出在較低信噪比情況下的待測信號的頻率和相位。隨后論文討論了隨機(jī)共振理論在微弱信號檢測中的應(yīng)用。首先分析了隨機(jī)共振的系統(tǒng)參數(shù)、噪聲和驅(qū)動信號之間的關(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的檢測與恢復(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的波形畸變和相位延遲，并且更加適合識別頻率接近于多頻信號的微弱信號。隨后又討論了隨

5、機(jī)共振在基帶數(shù)字信號傳輸中的應(yīng)用，依據(jù)時間尺度變換方法來建立一種微弱聲信號檢測系統(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，仍能檢測出低頻線譜的微弱信號。
　　2015年7月實(shí)測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)識別和參