水下蛙人輻射聲矢量時變特征提取技術(shù)研究.pdf

1、水下小目標的特征提取是其探測和識別的首要條件，蛙人作為主要的水下小目標，擁有與艦船、魚雷等傳統(tǒng)水下目標截然不同的輻射聲信號特征，其信號功率低、信噪比低，通常具有隨時間規(guī)律變化的特點，如何有效地從背景噪聲中提取蛙人輻射聲的規(guī)律時變特征是研究的重點與難點。
　　本文針對蛙人探測的被動方法，對比攜帶開式呼吸器（Self-Contained Underwater Breathing Apparatus，SCUBA）的輕潛蛙人和半封閉式水下

2、作業(yè)裝置（Atmospheric Diving Suit，ADS）的重潛蛙人兩種主要的蛙人，簡要闡述了其不同的呼吸原理和水下輻射聲物理來源。相較于常用的低通濾波解調(diào)與濾波器檢波包絡(luò)分析法重點研究了多子帶匹配濾波算法（Multiband Matched Filter，MF）的理論基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)原理，并將矢量信號的互譜處理技術(shù)引入MF算法中以優(yōu)化算法性能。利用仿真信號分析了標準多子帶匹配濾波算法輸出（SMF）與均一化多子帶匹配濾波算法輸出（NM

3、F）在抗噪和抗瞬態(tài)干擾性能上的差異，給出了一種基于MF輸出包絡(luò)譜計算得到的Gamma值，作為檢測參考依據(jù)。并分析了在漸變SNR情況下Gamma值的變化趨勢，驗證了矢量信號下的多子帶匹配濾波算法在低信噪比下獲取穩(wěn)定有效的蛙人輻射聲能量包絡(luò)的優(yōu)勢與可行性。
　　利用矢量水聽器設(shè)計完成了輕潛與重潛蛙人水池試驗，采集了蛙人在不同運動情況下的輻射聲矢量信號，對于時域、頻域、時頻域三個方面運用矢量分析方法研究了蛙人輻射聲的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)信號特征。

4、對于輕潛蛙人給出了穩(wěn)定呼吸階段和入水階段分析，對于重潛蛙人給出規(guī)律排氣聲和瞬態(tài)脈沖信號分析。綜合對比了輕潛和重潛蛙人的輻射聲信號差異，給出了有效結(jié)論。首先運用一般包絡(luò)分析法提取了輕潛與重潛蛙人輻射聲能量包絡(luò)，給出包絡(luò)譜并作了性能分析。將基于矢量信號的多子帶匹配濾波算法運用于試驗水池數(shù)據(jù)分析，在實際噪聲環(huán)境中分析SMF與NMF的輸出性能，根據(jù)實際需要提出對數(shù)歸一化多子帶匹配濾波算法（GMF）用以提升算法輸出穩(wěn)定性。分別針對輕潛與重潛蛙人輻