水下目标主动声呐回波信号特征研究
[Abstract]:At present, there are several key problems in the feature extraction of underwater small target active sonar echo signal, including the stability of target echo signal feature in complex environment. The analysis of geometric acoustic scattering and subelastic acoustic scattering sequence structure, the relationship between the intrinsic physical properties of the target and the echo signal characteristics, and the suppression of seabed reverberation, etc. In order to solve these problems, this paper studies the target echo signal feature extraction method which is stable under the reverberation background and the independent target acoustic scattering component signal extraction method. The method of underwater reverberation suppression based on blind separation and time-frequency distribution image processing lays a foundation for the detection and recognition of underwater small target active sonar. Firstly, aiming at the characteristic stability of target echo signal in reverberation background, a method of extracting instantaneous frequency feature of target echo signal is proposed, and the distribution characteristics of target echo and reverberation in signal characteristic space are studied. Reverberation is regarded as a kind of signal with independent signal properties and characteristics. The time-frequency distribution characteristics of target geometric acoustic scattering component and reverberation are deduced. According to the randomness of signal instantaneous frequency series, the instantaneous frequency variance and instantaneous frequency entropy are extracted. The instantaneous frequency kurtosis and the half-power width of WVD-Radon transform are four characteristics. The characteristic space of the two-dimensional signal is established by using the feature selection method. The experimental data processing results show that the target echo and reverberation have stable distribution characteristics in the characteristic space of the signal, and the experimental results show that the target echo and reverberation have stable distribution characteristics in the characteristic space of the signal. Secondly, in order to solve the problem of mixing geometric acoustic scattering and elastic acoustic scattering in target echo, a new method for signal separation of target acoustic scattering components is proposed. Under the condition that the sonar emission signal is a linear FM pulse, the target acoustic scattering component is mapped to a single frequency signal component, and the linear correspondence between the target acoustic scattering sequence structure and the mapping result is derived. Thus, specific single-frequency signal components can be separated by narrow-band filtering. The simulation and experimental data processing results show that the proposed method is effective for extracting the elastic acoustic scattering characteristics of independent targets. In addition, a processing flow for time delay estimation of target acoustic scattering components is proposed. The strong acoustic scattering components are suppressed by band-stop filtering, and the weak energy acoustic scattering components in the original target echo are highlighted. Then the frequency of the target is obtained by spectral estimation. The experimental data processing results show that the proposed method can effectively extract the time delay information of the weak angular scattering components in the target echo. Finally, the suppression of reverberation is studied from two aspects. Firstly, aiming at the aliasing problem of target echo and reverberation in time-frequency distribution plane, the reverberation suppression method using morphological filtering method to process the time-frequency distribution image of target echo is studied. A structural element design method which matches the morphological characteristics of time-frequency distribution of target geometric acoustic scattering is proposed in this paper. Second, in the reverberation suppression based on blind separation, the instantaneous frequency variance and instantaneous frequency entropy are used as indexes to judge the order of target echo in the separation result, aiming at the lack of target echo and reverberation separation performance evaluation index. The degree of separation of target echo and reverberation by different blind separation algorithms is also measured. The experimental data of underwater target detection and buried target detection on the lake verify the effectiveness of these two research contents.
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB56
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,本文编号:2434578
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