被动声呐信号检测技术发展

水声信号检测是被动声呐系统进行目标探测所需的重要支撑技术,信号检测的性能直接影响到被动声呐系统对目标探测的能力。对被动声呐信号检测技术的研究情况进行了梳理,将其归纳为基于时域信息的信号检测技术和基于空域信息的信号检测技术两大类。在分析现有技术不足和应用需求的基础上,指出弱信号、低虚警率和有效利用水声传播信息等是被动声呐信号检测技术可能的发展方向。     

复杂非均匀背景下的鲁棒声呐恒虚警检测算法

针对复杂非均匀水下环境中目标检测问题,提出了一种基于背景统计特性的鲁棒声呐恒虚警(Background Statistical Characteristics based Robust Sonar Target Constant False Alarm Ratio,BSCR-CFAR)检测算法。该算法将自动删除平均级检测(Automatic Censored Mean Level Detection,ACMLD)和排序统计恒虚警(Order Statistic CFAR,OS-CFAR)检测算法引入可变指数恒虚警(Variability Index CFAR,VI-CFAR)检测算法中,并通过评估背景特性,自适应选择更匹配的CFAR检测方法。仿真和声呐实测数据分析结果表明,相比较单元平均恒虚警(Cell Average CFAR,CA-CFAR)、单元平均选大恒虚警(Greatest of CFAR,GO-CFAR)、单元平均选小恒虚警(Smallest of CFAR,SO-CFAR)和OS-CFAR、VI-CFAR等检测算法,该算法在混响边缘、混响区、单/多强离散干扰等典型非均匀背景下的恒虚警检测保持了良好的鲁棒性。     

非平稳环境下主动声呐检测器研究

针对在水下存在多途、混响及噪声边缘等非平稳背景条件下主动声呐检测器的检测性能,给出了一种变异指数的恒虚警率(Variability Index Constant False Alarm Rate,VI-CFAR)检测器。VI-CFAR结合了单元平均恒虚警率、最大选择恒虚警率和最小选择恒虚警率的检测算法,它在均匀平稳环境和非平稳环境下都具有较强的自适应性。理论分析和仿真结果表明,该检测器在均匀平稳背景下的检测性能与单元平均恒虚警率检测器相似,在多途、混响等干扰背景条件下具有较强的抗干扰能力,在噪声边缘背景下有较好的虚警概率控制能力且运算量小,是一种稳健的检测器。     

连续波声呐中的调频信号设计方法及性能分析

相对传统的短时脉冲波主动声呐而言,连续波主动声呐是一种新型体制的声呐设备,允许在扫描周期内发射高占空比的信号,并且在发射信号的同时进行侦听,由此可以对水下目标实现连续照射,消除距离盲区。由于发射和接收机制的不同,连续波主动声呐对发射信号的波形和处理方法也各有差异,一是要考虑到"直达波"抑制问题,二是要在时间带宽积和对目标的照射时间间隔两者之间进行折中。针对上述两个问题,设计了一种在连续波主动声呐中发射的新型脉冲串信号,该类信号由多个相互正交的广义正弦调频信号串组成,以此在频域上消除回波与拷贝信号的相关性;后置处理中对接收回波提供了三种不同的方案,在时间带宽积和照射时间间隔两者之间择优选择最佳检测效果。计算机仿真结果表明:该类信号波形以及相应的处理方法可以有效地抑制直达波干扰并给出目标的速度-距离信息。     

一种恒虚警线谱检测算法研究

提出基于高低分辨率功率谱匹配度估计的线谱检测算法,该算法对信号分别进行高分辨率功率谱估计和多段低分辨率功率谱估计,然后以高分辨率功率谱估计为模板,用多段低分辨率功率谱估计进行校验的方式进行线谱检测。基于单频信号加高斯白噪声假设条件,理论上导出该检测方法的检测率和虚警率,并进行了仿真验证。与传统的线谱检测方法相比,该线谱检测算法不需要预知噪声功率谱,且具有恒虚警的特点。在车辆目标远距离声学检测应用中,该检测算法具有较好的检测性能。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法。首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰。声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采用Radon恒虚警率(Radon Constant False Alarm Rate,Radon-CFAR)检测声呐历程累积图像中的目标短时运动轨迹,能够检测到低信噪比的目标。分析了空时归一化处理和检测算法的性能,并通过海试数据验证了该算法的有效性,可以检测到低信噪比的蛙人目标回波。     

雷达信号的恒虚警率检测

雷达信号的恒虚警率检测是雷达信号处理的重要组成部分。本文首先论述了雷达信号恒虚警率检测的设计原理，分析了评价其性能的准则，在此基础上介绍了恒虚警率技术在雷达信号处理中的发展和应用。最后概述了恒虚警率技术的研究动态。     

融入频域先验信息压缩感知方法的主动声呐回波信号处理

针对弱信噪比时的水下主动声呐回波信号处理问题,从主动声呐入射信号和目标回波信号的先验信息出发,与压缩感知理论相结合,提出了融入频域先验信息的压缩感知方法（Compressed Sensing based on Fequency Prior Information,CSFPI）。针对主动声呐入射信号,获取其频域先验信息,将其作为“原子”融入信号的稀疏分解过程,构建完备频域先验稀疏矩阵。主动声呐回波信号可以等效为携带目标信息入射信号的线性叠加,将该特性与传统正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP）算法结合,形成基于“块”的正交匹配信号重构算法。采用CSFPI方法处理仿真信号来验证理论方法的正确性。进一步,通过主动声呐发射接收装置获取湖上实测数据,用CSFPI方法进行处理。当压缩比为50%、信噪比低至-5 dB时,重构信号的匹配率高于70%。实验结果表明了CSFPI算法在处理低信噪比声呐信号时的有效性。     

脉冲涡流无损检测系统工作点的分析与研究

脉冲涡流检测技术(PEC)是近几年发展起来的一种新的无损检测方法。本文围绕应用于飞机多层金属结构中缺陷检测的脉冲涡流无损检测系统的工作点进行分析与研究,给出了传感器的参数设定;通过改变激励脉冲信号的重复频率和占空比,对得到检测信号的时域、频域特征量及其变化值进行数据分析和处理;最后给出了最优化的系统工作点,并通过进一步的实验给以验证。     

谱修正技术在脉冲压缩信号检测中的应用

脉冲压缩是信号检测的一个重要技术,在多目标水声环境下,为避免强目标脉冲压缩输出的旁瓣掩埋弱目标的主瓣,引入窗函数加权技术来抑制旁瓣,提高对目标的空间分辨率。同时考虑到实验中声呐系统的带宽和时宽受限制,对于小时宽带宽积的脉冲压缩信号,引入谱修正技术,进一步提高主旁瓣比。利用Matlab给出理论仿真结果,并通过实验验证该技术在噪声背景下对观测小目标的实用性。     

一种基于色彩处理的被动声呐宽带目标检测显示方法

针对被动声呐传统宽带能量检测方式难以解决强干扰存在时的弱目标检测问题,着眼于目标、干扰及背景噪声频谱特征差异,提出了一种划分子带,利用颜色合成理论进行宽带融合检测的显示方法。针对弱目标存在稳定线谱或在部分频点能量相对较强的情况,可有效提升对弱目标的检测能力,并增强不同目标方位历程的区分度。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法.首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰.声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采...     

微弱周期脉冲信号的自相关-混沌系统联合检测方法

简述自相关检测的原理及混沌理论,在此基础上,提出将自相关检测与混沌理论相结合检测微弱周期脉冲信号的检测方法。仿真结果表明在相同系统实验背景下,相结合的检测方案优于不加自相关的检测方法。此方法是目前信噪比门限较低的时域信号处理方法,因而具有广泛的应用前景。     

基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测研究

针对强噪声背景下微弱信号难以检测的难题,提出基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测方法。多稳随机共振系统比双稳随机共振系统具有更好的微弱信号检测能力,为强噪声背景下微弱信号的检测提供了新方法。首先对大频率信号进行尺度变换使之满足随机共振条件,将频率压缩后的信号通过多稳系统,调整参数使其发生随机共振得到信号的频谱特征,并与双稳随机共振方法得到的特征频率进行比较,仿真和实例结果均表明:相同条件下,多稳随机共振方法比双稳随机共振方法得到的频率准确,可以增强信号的幅值,有效地检测出被噪声淹没的微弱信号。     

强噪声背景下的微弱信号检测新方法

提出了新的强噪声背景下的微弱信号检测方法,设计了一种硬件与软件相结合的实现方案。采用经典的仪表放大技术和单片机控制技术对数据进行检测和处理,并通过虚拟仪器技术仿真和显示,为解决热释电红外探测器中µA级微弱信号的检测提供了十分有效的方法。该系统通过实验对模拟低频微弱信号的检测,充分显示了它在微弱信号检测方面的实用性和优越性。     

一种沉底小目标的主动高频仿生波形分析及探测方法

为研究和分析用仿生信号及处理方法探测沉底小目标的可行性及探测性能,分别从时域频域波形、模糊度函数、抗混响性能方面分析了仿海豚声呐信号,并用计算机仿真了复杂背景下沉底小目标的探测。理论分析和仿真结果表明:在几种仿海豚声呐信号中,频率重叠较多的信号混响抑制效果最好;仿生探测方法的性能比标准声呐探测方法有了明显的提高。仿生信号及探测方法可作为一种新型的沉底小目标探测信号及处理方法。     

声光延迟效应用于消除微弱背景光噪声

本文提出一种基于声光延迟效应消除脉冲光信号中微弱背景光噪声的方法,利用两个串联的声光调制器组成的光学开关有效地抑制了与信号光同频率的背景光,信号背景改善比达13 dB.其中,第一个声光调制器的作用是利用其对脉冲光的非线性光学延迟效应实现信号光与背景光在时序上的分离.第二个声光调制器将时域上已经和脉冲信号光分开的背景光消...     

基于能量聚集性的轴承复合故障诊断

轴承复合故障类型多样,且部分故障的特征频率相近噪声污染严重。采用经验模态分解(EMD)的方法,在强噪声背景下会引起相近频率故障成分的无法识别,同时也难以提取微弱的故障信号。由此,提出一种基于能量聚集性的轴承复合故障诊断方法。首先借助离散余弦变换(DCT)的频域能量聚集性和奇异值分解(SVD)的时域能量聚集性,对轴承复合故障信号进行预处理,实现降噪并分离频率相近的微弱故障信号。然后对分离出来的不同故障信号进行经验模态分解,去除伪分量,对剩余的本征模态函数进行频谱分析。最后,根据本征模态函数的频谱诊断故障。仿真信号和实测轴承故障诊断信号分析表明,与直接使用EMD进行轴承复合故障诊断相比,该方法能够在强背景噪声下准确分离频率相近的微弱故障分量,改善复合故障诊断的准确性。