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基于矢量水听器的水下瞬态信号检测及特征提取

作　者: 卢中新
导　师: 张揽月
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 空投物体瞬态信号矢量信号处理 HHT 特征提取
分类号: TN929.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 68次
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内容摘要

对物体空投入水产生的水下瞬态信号的研究分析有着极其重要的意义,如果能够较早的检测到该信号,那么就可以及时的防御空投目标的袭击。本文主要工作是结合矢量水听器技术对物体空投入水信号进行研究,对物体空投入水信号进行检测和特征提取,为防御空投目标的袭击进行有益的探索。本文首先阐述了矢量信号处理技术的基本原理,包括单矢量水听器和矢量阵对目标方位的估计原理,并对一种重要的空间谱估计理论——MUSIC算法做了仿真分析。通过仿真分析可知,矢量水听器比声压水听器在处理水声信号上具有优势,MUSIC在目标方位估计上具有较高的分辨力。希尔伯特黄变换是一种处理非平稳信号的理论,通过仿真分析可知该理论比其它时频方法具有很大的优点。EMD能够将多分量信号分解为单分量信号,利用EMD的这个特性,将EMD分解方法应用到矢量信号处理当中,在方位估计和矢量阵波束形成上进行了信号仿真分析,通过仿真分析可知,该方法能够降低噪声的影响,有效地检测到弱目标,提高了方位估计的分辨力。针对鱼雷空投入水产生的水下瞬态信号,对信号组成部分及物体入水过程做了简要的分析,并根据实测瞬态信号,对其进行了数学建模,给出了瞬态信号模型在声压、振速和加速度上的数学模型,基于该模型利用矢量阵波束形成技术进行了方位估计仿真分析,取得了较好的效果。本文最后对试验数据进行了处理,对空投物体入水信号进行了方位估计,利用时域、频域和时频域结合的方法对瞬态信号特征进行了分析,完成了对物体空投入水信号的检测和特征提取。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 研究背景  10-12
  1.3 水声瞬态信号研究概况  12-14
  1.4 常规的时频信号处理方法  14-16
    1.4.1 短时傅里叶变换  14-15
    1.4.2 小波分析  15
    1.4.3 Wigner-Ville 分布  15-16
    1.4.4 希尔伯特-黄变换  16
  1.5 本文主要研究内容  16-18
第2章矢量信号处理与希尔伯特黄变换  18-41
  2.1 矢量信号处理理论  18-26
    2.1.1 单矢量传感器信号处理  18-20
    2.1.2 矢量阵信号处理  20-24
    2.1.3 矢量阵MUSIC 方位估计  24-26
  2.2 希尔伯特-黄变换  26-34
    2.2.1 瞬时频率  26-28
    2.2.2 固有模态函数  28
    2.2.3 时间特征尺度  28-29
    2.2.4 经验模态分解  29-30
    2.2.5 Hilbert 谱  30-31
    2.2.6 时频分析仿真  31-34
  2.3 EMD 用于矢量信号处理  34-40
    2.3.1 单矢量水听器方位估计[42]  34-37
    2.3.2 基于EMD 的矢量阵波束形成  37-40
  2.4 本章小结  40-41
第3章空投物体瞬态信号分析  41-57
  3.1 空投物体入水声信号分析  41-44
    3.1.1 空投物体入水过程  41
    3.1.2 瞬态信号组成及特点  41-44
  3.2 空投物体入水信号模型  44-48
  3.3 瞬态信号模型矢量阵处理  48-50
  3.4 瞬态信号检测  50-56
    3.4.1 短时能量检测  50-54
    3.4.2 短时傅里叶变换  54-56
  3.5 本章小结  56-57
第4章空投物体试验及数据处理  57-74
  4.1 试验概况介绍  57-59
  4.2 矢量水听器估计目标方位  59-65
    4.2.1 单矢量水听器估计入水目标方位  59-62
    4.2.2 矢量阵估计目标方位  62-65
  4.3 脉冲信号检测  65-68
    4.3.1 能量法检测脉冲信号  65-67
    4.3.2 统计脉冲信号声源级  67-68
  4.4 瞬态信号特征提取  68-72
  4.5 本章小结  72-74
结论  74-75
参考文献  75-79
致谢  79

基于矢量水听器的水下瞬态信号检测及特征提取

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