压缩感知方法在海洋声层析中的应用研究

发布时间：2020-10-09 00:35

　　 海洋声层析是基于水声信号在海洋中传播时会受海水温度和流速等因素影响的事实,利用声信号在海洋中传播的速度和时间来反演测量海域的相关参数。该方法不受航运、天气和渔业活动等的限制,可以实现对海洋大尺度、长期、连续的实时监测。然而,目前对声传播多路径不同射线分辨,以及对应声线传播时间的识别仍存在问题。例如,经典的海洋声层析系统采用匹配滤波方法获取最大信噪比的声信号到达时间的估计,但其识别时间结构分辨率受限于水声信道带宽,很难辨别出信号时延间隔比较小的多径信号。本文提出了采用压缩感知来进行时间提取,其作为一种新的信号处理方法,可利用水声传播信道的稀疏特性提高识别多路径结构的估计性能。并结合传统匹配滤波方法,在水声传播信道的稀疏特性和压缩感知理论基础上,提出了一种匹配滤波—压缩感知联合声波到达时间提取方法,来估计海洋水声信号传播多路径的时延位置和幅度信息,提高对水声信号的检测信噪比和多路径时延分辨率。通过Bellhop模型对水声信号传播进行仿真模拟实验,分别对匹配滤波方法、直接压缩感知方法和匹配滤波-压缩感知联合方法进行性能评估,证实了匹配滤波—压缩感知联合方法在提取水声信号多路径传播的到达时间和对信号检测信噪比的上的理论优势。再通过对实测数据的处理分析,进一步证实了匹配滤波—压缩感知联合方法在提高对信号到达时间分辨率和声信号检测信噪比上的有效性和高精度特性,从而为高精度的海洋声信号传播和声层析反演温流场提供了有力的基础数据支撑。
【学位单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P733.2
【部分图文】：

图 2-1 水声信号多路径传播Fig 2.1 Underwater acoustic signal multipath propagation（2-1）可以看出声波经过不同路径到达接收点，表现了水声信号传象。洋环境噪声环境噪声是海洋的一个重要特性，是指海洋中各种各样随着海洋环化的声源，也被成为水下噪声，对水声信号的识别和检测产生严重境噪声根据噪声源的不同，可以分为自然噪声和人为噪声，自然噪生物发出或引起的噪声，以及由地壳运动、海洋潮汐、降雨、海洋象引发的扰动和水分子的不规则运动等引起的噪声，而人为噪声主行和人为的一些工业和生活活动等引起的噪声。的噪声源产生的影响也不同，在深海海域中，由海洋风场、底壳和波浪直接的相互作用等引起的自然噪声占主要原因。而在浅海领

压缩感知在海洋声层析中的应用研究3-10）中 为声束之间的夹角。对 BELLHOP 的模拟是用 MATLAB 来实现，BELLHOP 的计算阶龙格-库塔方法求解这类初值问题，我们在 BELLHOP 的 MATLA输入海洋环境参数：海底地形、声速剖面、界面反射、发射信号的环境因素得到信号传播的多径数目 N，并得到传输信号的衰减幅度得到该海洋环境系统的冲激响应。道估计的角度出发，信道的输入信号为发射信号 (¤ ¨ )，把水声信波器，其冲激响应函数为 (¤ ¨ )，信道的输出信号为接收信号-(¤ 代表空间位置，t 代表时间，f 代表频率。把水声信号传播的海洋信道的原理图如图（3-1）所示。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周庆飞;沈亚东;;简析高频水声信号的空间相关性[J];科技传播;2011年11期

2 贾建伟;;海上水声信号处理算法中的物理特性仿真研究[J];舰船科学技术;2015年06期

3 吴光文;王昌明;张爱军;;基于小波变换的水声信号滤波方法[J];测试技术学报;2015年04期

4 江磊;蔡平;杨娟;王逸林;;一种新型水声信号发射机的设计与研究[J];压电与声光;2007年06期

5 纳杰斯;王心怡;;迭代维纳滤波在水声信号分离中的应用[J];舰船电子工程;2016年11期

6 李路;涂群资;黄汉英;赵思明;熊善柏;马章宇;;基于被动水声信号的淡水鱼种类识别[J];农业机械学报;2017年08期

7 肖鹏斌;孙伟玮;;水声信号预处理电路的设计与实现[J];四川兵工学报;2012年09期

8 刘楠;;水声信号处理系统的应用与研究[J];信息通信;2018年06期

9 苗康乐;杨成伟;杨日杰;刘家祺;;水声信号自动增益控制及幅值恢复电路设计实现[J];国外电子测量技术;2010年10期

10 张学林,孙进才;小波变换用于水声信号的奇异性研究[J];西北工业大学学报;2000年04期

相关会议论文 前10条

1 雷开卓;陈友淦;许肖梅;黄建国;;嵌入式水声信号发射机的设计与研究[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年

2 林京;张德明;;基于小波分析的复合瞬态水声信号的特征描述[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年

3 陈守虎;吴立新;;相位起伏对水声信号时间增益及时间相关性能的影响[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年

4 吴珊珊;郭延芬;方世良;;基于竞争神经树的水声信号分类[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年

5 朱熹;张争气;柏军;;CPLD用于多通道水声信号数据传输的仿真研究[A];2009’中国西部地区声学学术交流会论文集[C];2009年

6 王志强;安良;陆佶人;;新型水声信号非线性自适应预测滤波器算法研究[A];中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集[C];2006年

7 包飞;王新龙;陶智勇;;水声信号的子带频率特性特征提取[A];2009年度全国物理声学会议论文集[C];2009年

8 王洪超;李亚安;齐彦生;;遗传算法用于水声信号预测方法研究[A];2006’和谐开发中国西部声学学术交流会论文集[C];2006年

9 王耀宾;张胜坚;司纪锋;王圣华;;一种渔用水声信号采集处理系统[A];2014年中国声学学会全国声学学术会议论文集[C];2014年

10 梅璐璐;林京;;通过时频面估计信号群延迟的方法研究[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集（下）[C];2007年

相关博士学位论文 前4条

1 井岩;基于压缩感知的水声信号波达方向估计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 朱昀;水声信号非线性分析方法研究[D];西北工业大学;2002年

3 倪晋平;水声信号盲分离技术研究[D];西北工业大学;2002年

4 杨坤德;水声信号的匹配场处理技术研究[D];西北工业大学;2003年

相关硕士学位论文 前10条

1 徐英超;压缩感知方法在海洋声层析中的应用研究[D];浙江海洋大学;2018年

2 宁兴忠;基于∑-Δ调制的水声信号发射机研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

3 钱捚;水声信号的非线性动力学检测[D];东南大学;2006年

4 张倩;水声信号盲源分离方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

5 祁庆克;基于DSP的高性能水声信号采集系统研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

6 陈亮;直接驱动型水声信号发射系统的设计与实现[D];华中科技大学;2005年

7 郭书生;基于光学微环谐振器的低频水声信号测量方法研究[D];江苏科技大学;2017年

8 张严品;基于OMAP-L138水声信号的数据采集处理存储技术的研究与实现[D];电子科技大学;2017年

9 陈凤龙;水声信号调理仪的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2016年

10 王少娟;基于空间—波数滤波器的水声信号预处理算法研究[D];中北大学;2017年

本文编号：2832973