水声信号处理的模式识别方法——Ⅰ.一般理论

声呐目标的检测、识别(分类)。定位及运动分析,从根本上说,可以放在一个识别空间来考虑,统一在模式识别的—般问题中。识别空间参量以及识别特征或识别基元的选择和提取,是信号处理研究的关键问题。模式识别技术,特别是模式和环境属于自由参量建模的系统处理技术。以及通用的多种模板匹配技术,在水声信号处理中有广泛的应用。本文分别论述了模式识别和水声信号处理的发展,力求探索它们之间的内在联系和结合,重点是研究水声信号处理的模式识别方法。     

模式识别在多路径定位中的应用

本文以模式识别的观点研究多路径环境下被动定位问题。对处在某一未知位置的声源,各传感器和各传播路径间到达信号的相对时间及它们的组合提供了声源位置识别的特征,应用模式匹配原理,在这些特征所组成的位置识别空间进行搜索,有可能准确地确定声源位置(方位、距离和深度)。本文同时涉及到多路径分辨及相应的时延估计问题。     

模基水声信号处理技术的研究现状和展望

常规信号处理方法的前提条件相对简单,不能满足水声信号处理中海洋环境非平稳和极低信噪比等实际情况。基于模型的信号处理方法(模基处理技术)能够将物理模型引入到信号处理算法中,并且能够有效利用先验信息提高信号处理的性能,是一种有潜力的信号处理技术。结合多年的模基水声信号处理研究基础,首先介绍了模基处理的基本概念,然后介绍了模基处理器的基本框架和其主要优势,进而对模基技术在水声信号处理各个应用领域的研究现状做了全面的归纳和简要的评述,在此基础上,分析了该领域进一步的研究方向。     

船载式水声定位系统信号处理改进算法研究

针对船载式水声定位系统的特点,在座底式等常规水声定位系统信号处理算法的基础上,对船载式系统可能出现的声脉冲叠加现象进行仿真分析,证明常规算法存在丢失数据的可能性,并且常规算法对声信号幅度变换较快的情况难以适应。提出一种并行实时数字信号处理算法,允许每块数据拥有不同的属性,并采用数据匹配方法进行后置冗余处理,获得有效数据。经过湖上跑船试验证明,该算法具有更高的检测率,并能提高跟踪轨迹的平滑性和真实性,具有较高的工程应用价值。     

空间滤波器水声信号预处理方法研究

浅水水声信道受多径传播、时变和空变等特性的影响,由水听器直接观测到的信号大多是信噪比低、多种信号叠加而成的复杂信号,难以准确提取特征信息及信源分离。针对以上问题,提出基于空间滤波器的多源复杂水声信号的预处理方法。该方法通过Hilbert变换将直接观测信号构造成解析信号来抑制虚像,使用波束形成算法来实现对方向角的选择,在指定方位角下得到期望信号。仿真及试验结果表明:信噪比为0 d B时,通过空间滤波器对多源复杂水声信号进行预处理,可以有效地抑制噪声,并有效区分处于同一时间段、同一频段的多个源信号,经处理后的信号与源信号的相似度可达0.9853,对实际信号处理也可达到较好的效果,解决时频域很难处理的问题,进而为后续的研究工作提高精度。     

水声信号处理中匹配场处理技术研究的现状和展望

本文首先给出了匹配场处理的基本概念及其研究内容,进而对该技术的理论框架,各种处理方法和分析方法以及实际试验结果做了系统的归纳和简单的评述。在此基础上,总结出了该领域当今的研究热点和进一步的研究方向。     

盲源分离技术及其水声信号处理中的应用

本文首先阐述盲源分离的基本概念,简述了盲分离技术的基本要点和目前分离算法的利弊,围绕水声信道环境的特殊性,提出了一种改进的频域盲分离算法,给出了一种解决频域次序不确定性的方法.进行了两种背景下的仿真实验,得到了比较理想的分离效果.     

北极高速水声通信实验初步研究

因海冰覆盖和独特的声速剖面特征,北极水声信道有其特殊性,为研究、开发和利用北极,需要开展北极水声通信研究。2017年夏季在北冰洋中心区开展了一次距离1.26 km、通信速率为1.2 kbps的冰下水声通信实验。实验结果表明通信系统的载波频率偏高、声接收端背景噪声级较高以及水声信道上界面的海冰分布较为复杂是导致实验结果误码率偏高的主要原因,提出了相应的改进措施和建议。实验过程中,水声通信设备系统工作良好无故障。此次实验为极地水声通信装备的研制、极地水声通信的研究与应用积累了宝贵经验。     

基于声成像模式识别的故障诊断方法研究

利用非接触式声学故障诊断技术的工作优点,发展了基于支持向量机的声成像模式识别技术,并引入到故障诊断领域。针对某种机械故障特点,在利用波束形成算法得到声像进行噪声源识别与定位的基础上,对声像进行图像处理,提取声像的纹理特征和奇异值特征,采用支持向量机进行训练分类,进而用于机械工作状态的诊断。通过仿真及实验,得到了较好的诊断效果,表明基于声像的图像特征提取技术在结合支持向量机后可应用于机械故障诊断,为声成像方法在故障诊断领域的应用提供参考。     

小波理论应用于光纤陀螺信号处理的实验研究

本文分析了小波变换的特点，并根据光纤陀螺信号零点漂移的非平稳随机性和非正态分布特性，提出了利用小波变换所具有的时频局部化优点对光纤陀螺信号漂移进行消噪处理，实验表明该方法提高了光纤陀螺的准确度，这对于光纤陀螺的实际工程应用起到积极的作用。     

基于无线电的声纳浮标阵式水声定位系统研究

声纳浮标水声定位系统是以声纳浮标为遥感器，与浮标信号接收处理等设备共同组成的声纳系统，在海洋科学领域应用广泛。本文主要从声纳浮标的工作原理、功能以及影响声纳浮标稳健工作的因素等几个方面进行论述。     

水声材料声性能自由场测量技术研究

本文提出了一种新的大面积水声无源材料声学性能测量技术,可以在小型消声水池中测量大面积材料的某些声学性能随频率变化规律。材料样品的典型尺寸为１０００ ｍ ｍ ×１０００ ｍ ｍ 左右,目前的测量频率范围为２ ．５ ～２０ｋ Ｈｚ,测量参数包括反射系数（ 回声降低） ,透射系数（ 插入损失） 等。对标准样品进行了性能测量,测量结果和平面波理论模型计算值有较好的吻合,表明该技术有很好的发展潜力     

水平阵的浅海水声环境参数盲估计方法与实验验证

1引言目前,水声环境参数估计一般采用直接测量或者匹配场反演的方法。直接测量的方法不仅费时、昂贵,而且很难大面积实施;利用匹配场技术反演水声环境参数虽然弥补了直接测量的不足,但需信息可靠的已知声源。水声环境参数盲估计是指通过     

改进的波束形成方法及其在运动声源定位中的应用研究

对行驶车辆辐射声场的阵列信号处理理论进行了应用性研究。参照空间域信号相关函数理论,提出基于相关函数的波束形成方法。通过系统仿真验证,利用该理论进行的空间信号扩展可以使信号接收阵列所需的传声器数目大幅降低,同时对声源定位结果精度影响不大。     

基于混沌的水声定位信号设计及性能分析

针对水声信道中复杂的噪声环境及各种干扰对定位准确度的影响,利用扩频通信技术的抗干扰、抗噪声能力,提出一种基于混沌的扩频信号产生方法。将该信息作为水声定位信号,通过相关法得到精确时延,进而可以计算出节点间的距离,通过在水声信道下对其性能进行分析。仿真结果表明:该扩频信号相关特性理想,具有很强的抗干扰能力,测距准确度高,适合用作水声定位信号。     

水声高速扩频通信MODEM研制及实验研究

介绍了基于高速扩频通信技术的水声MODEM的研制及湖海实验,该水声MODEM的通信带宽4kHz,数据率高达1269bps,与DSSS(直接序列扩频)功率效率一致,带宽效率提高近3倍,实验结果表明在复杂恶劣水声多径和低信噪比条件下通信性能良好。     

水声信号预测的神经网络方法

水声信号的局部可预测性在水声信号处理中具有重要作用,它是解决非平稳信号检测问题的基础。基于非线性时间序列局部可预测性原理,采用人工神经网络技术,研究了水声信号的神经网络预测,讨论了预测模型的建立和网络结构参数的设计。分别采用BP网络和RBF网络对实际舰船水声信号进行预测,通过对仿真数据和实际舰船辐射噪声数据预测的结果分析,得出了两种网络预测模型的误差分布,提出了减小预测误差的有效方法。为今后进一步开展水声信号预测研究奠定了基础。