运动平台混响背景下基于低秩稀疏分解的目标回波增强

在水下航行器等运动平台上,主动声呐的近距离滤波结果受混响干扰影响严重,大量的混响回波亮点会掩蔽目标回波的可见性,导致后续检测判决的虚警率增大.以阵列处理的方位历程图作为基本输入,该文利用某些场景下混响干扰相邻周期间潜在的相干结构,假设混响满足低秩性;由于平台间的相对运动,假设感兴趣的目标回波在逐周期间是不相关且稀疏的.之后,将方位历程图表示为低秩的混响、稀疏的运动目标回波和噪声成分,在此基础上提出以加速近端梯度法(APG)和快速数据投影法(FDPM)分别实现离线和在线的低秩稀疏分解,从而实现混响抑制和目标回波增强.试验结果验证了假设模型的有效性,并且两种分解算法均能有效地增强目标回波.     

基于局部瞬时能量密度级的瞬态信号检测方法

为实现低信噪比条件下的水声瞬态信号检测,该文提出子波检测和局部瞬时能量密度级双重降噪方法。该双重降噪方法通过自适应选取含有用信号的某阶固有模态函数(IMF),计算Hilbert能量谱并进行局部积分,滤除子波检测残留下来的带外噪声。此外,结合宽度-包络联合检测机制,构造了水声瞬态信号局部瞬时能量密度检测器。湖试数据处理结果表明,局部瞬时能量密度检测器可有效降噪并在低信噪比条件下提取瞬态信号,较传统能量检测器具有更好的检测性能。     

基于同态滤波技术的水下目标运动参数估计

针对测量平台空间有限条件下的近场目标运动分析问题,提出了一种基于浅海射线声学多途结构的单水听器水下目标运动分析(TMA)方法。通过构建匀速直线运动目标的三维多途时延模型,推导了以运动参数为变量的直达声和海面一次反射声时延差的非线性函数表达式;根据典型水声信道特征,推导了信道的倒谱表达式,进而利用同态滤波技术解卷积能力估计直达声和海面一次反射声时延差;结合Levenberg-Marquardt方法求解非线性方程的最优解;最后提出二次逼近校正方法,降低了实际水文条件对参数估计的影响。仿真结果证明了方法的正确性,参数估计精度满足实际应用需求。     

基于均匀圆阵中心对称性的相干源方位估计

均匀圆阵的相干源方位估计一直是阵列信号处理中备受关注的问题,而现行算法的分辨率仍有进一步提高的空间。针对这一问题,本文提出了一种基于均匀圆阵中心对称性的解相干算法。首先利用模式空间变换将均匀圆阵等效为虚拟均匀线阵,然后利用均匀圆阵的中心对称性对模式空间数据进行共轭平均,最后计算数据的相关函数并据此构造Hermitian Toeplitz矩阵,实现相干源的方位估计。本算法实现简单,与传统算法相比具有更高的分辨率和方位估计精度。仿真实验证实了所提算法的有效性和性能优势。     

基于双信号对比法的水声信号重构技术

针对水声信道的多途干扰问题,提出了一种适合同态系统的信号重构方法。从同态滤波技术的解卷积特性出发,推导了水声多途信道的复倒谱表达式,对比不同地点或不同时刻接收信号的倒谱特征,通过提取相似性高的成分,实现了基于双信号对比法的水声信号重构技术。仿真和试验数据处理结果验证了方法的有效性,且性能优于常规特征滤波器。     

运动平台混响背景下基于低秩稀疏分解的目标回波增强

在水下航行器等运动平台上,主动声呐的近距离滤波结果受混响干扰影响严重,大量的混响回波亮点会掩蔽目标回波的可见性,导致后续检测判决的虚警率增大。以阵列处理的方位历程图作为基本输入,该文利用某些场景下混响干扰相邻周期间潜在的相干结构,假设混响满足低秩性;由于平台间的相对运动,假设感兴趣的目标回波在逐周期间是不相关且稀疏的。之后,将方位历程图表示为低秩的混响、稀疏的运动目标回波和噪声成分,在此基础上提出以加速近端梯度法(APG)和快速数据投影法(FDPM)分别实现离线和在线的低秩稀疏分解,从而实现混响抑制和目标回波增强。试验结果验证了假设模型的有效性,并且两种分解算法均能有效地增强目标回波。     

Hilbert-Huang变换在瞬态信号检测中的应用

空投物体入水时产生具有时域冲击特性的信号,一般称之为瞬态信号。Hilbert-Huang变换可通过经验模态分解和Hilbert谱分析两种方法,从时频角度对瞬态信号进行分析。介绍了Hilbert-Huang变换的基本原理,建立了瞬态信号的数学模型,提出了基于Hilbert-Huang变换的信号重构瞬态信号检测方法,并与传统能量检测器的性能进行了对比分析,最后通过软件仿真和湖试数据处理验证了该方法的可行性和有效性。