基于稀疏信号表示的水下目标回波参数估计
发布时间：2021-12-17 19:30
对水下安静沉底、掩埋目标的主动声探测是目前水声领域具有重要意义的研究课题,由于目标声散射特性随目标几何形状、结构、材质等参数而变化,而且在实际环境中受混响干扰严重,如何检测信号、估计信号参数、进而提取与目标属性相关的信号特征成为亟待解决的问题。本文以自由场目标散射特性为出发点,利用稀疏信号表示理论实现对散射回波信号的参数估计,并且考虑实际探测背景,提出适用于混响等干扰背景下的参数估计方法,为水下目标探测识别提供基础。论文以目标声散射理论为基础,首先介绍简单形状壳体目标的声散射特性,建立目标散射信号在时域与频域的基本特性,并以实验研究为基本对象,介绍消声水池目标声散射测量实验,以及湖试目标探测实验。通过对理论与实验中目标声散射信号特点的研究,为信号模型的建立与参数估计算法的研究提供理论基础与数据支撑。针对自由场环境中目标声散射信号的参数估计和成分分离问题,论文从频率估计和时延估计两个方面展开研究。为实现这一目的,在发射信号为线性调频信号的情况下,将目标声散射回波信号建模为多分量线性调频信号的线性叠加,各分量由频率参数或者时延参数确定,而信号模型在参数空间上是稀疏的。为估计信号参数,引入稀...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Bluefin-21型AUV及其测量实例Fig.1.1Bluefin-21AUVandameasuredexample
图 1.2 金枪鱼机器人公司水下潜器产品系列Fig.1.2 Bluefin Robotics Unmanned Underwater Vehicles 系列 AUV 以其灵活扩展性被应用于多种水下目标探测系统的索中，以 Bluefin-21 型 AUV 为平台，搭载美国凤凰国际控股与曳声波定位仪（Towed Pinger Locator, TPL），进行失事客机黑匣luefin-12 搭载的 BOSS（Buried Object Scanning Sonar, 掩埋目标门为探测水下掩埋目标所设计的系统[9]，如图 1.3 所示。这套系呐获得目标区域的多方位图像，以便对掩埋、半掩埋或者沉底目性球形发射器发射频带为 3-20kHz 的信号，照射到周围海底；接平面基阵（如图 1.3 右图所示），其接收海底散射信号后经时延系统在正下方可达到的横向分辨率为 15cm，而纵向分辨率为
图 1.2 金枪鱼机器人公司水下潜器产品系列Fig.1.2 Bluefin Robotics Unmanned Underwater VehiclesBluefin 系列 AUV 以其灵活扩展性被应用于多种水下目标探测系统的搭载平台，如在 MH370 搜索中，以 Bluefin-21 型 AUV 为平台，搭载美国凤凰国际控股与美国海军共同研制的拖曳声波定位仪（Towed Pinger Locator, TPL），进行失事客机黑匣子的搜索[8]。此外，由 Bluefin-12 搭载的 BOSS（Buried Object Scanning Sonar, 掩埋目标扫测声呐）系统则是专门为探测水下掩埋目标所设计的系统[9]，如图 1.3 所示。这套系统利用一个宽带调频声呐获得目标区域的多方位图像，以便对掩埋、半掩埋或者沉底目标进行识别。其中无指向性球形发射器发射频带为 3-20kHz 的信号，照射到周围海底；接收器基阵为9 行、41 列平面基阵（如图 1.3 右图所示），其接收海底散射信号后经时延聚焦形成海底成像。该系统在正下方可达到的横向分辨率为 15cm，而纵向分辨率为 8cm。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于海洋强国战略的思考[J]. 贾宇. 太平洋学报. 2018(01)
[2]国外无人水下航行器装备与技术现状及展望[J]. 钟宏伟. 水下无人系统学报. 2017(04)
[3]局部固体填充的水中复杂目标声散射计算与实验[J]. 张培珍,李秀坤,范军,王斌. 物理学报. 2016(18)
[4]水下掩埋目标的散射声场计算与实验[J]. 胡珍,范军,张培珍,吴玉双. 物理学报. 2016(06)
[5]时频域滤波沉底目标亮点特征提取方法研究[J]. 朱广平,王飞,孙辉. 哈尔滨工程大学学报. 2015(05)
[6]水下目标几何声散射回波在分数阶傅里叶变换域中的特性[J]. 李秀坤,孟祥夏,夏峙. 物理学报. 2015(06)
[7]时频分布重排方法在水下目标回声识别中的应用[J]. 林正青,牟林,彭圆,张风珍. 应用声学. 2014(01)
[8]美国开发新型反水雷无人声呐系统[J]. 常婉宣. 水雷战与舰船防护. 2013(04)
[9]水中目标回波亮点统计特征研究[J]. 陈云飞,李桂娟,王振山,张明伟,贾兵. 物理学报. 2013(08)
[10]声呐目标回声特性预报的板块元方法[J]. 范军,汤渭霖,卓琳凯. 船舶力学. 2012(Z1)
博士论文
[1]水下弱目标信号的Duffing振子检测方法研究[D]. 李楠.哈尔滨工程大学 2017
[2]水下目标声散射信号的盲分离研究[D]. 杨阳.哈尔滨工程大学 2017
[3]水下目标主动声呐回波信号特征研究[D]. 夏峙.哈尔滨工程大学 2015
[4]四阶累积量波束形成及其在水下目标探测中的应用研究[D]. 李婷婷.哈尔滨工程大学 2013
[5]稀疏重构算法及其在信号处理中的应用研究[D]. 王军华.国防科学技术大学 2012
[6]过完备字典下的稀疏信号重构研究[D]. 苏杭.武汉理工大学 2012
[7]基于感知字典的稀疏重建算法研究[D]. 黄安民.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]基于时频分析的水下目标声散射特征研究[D]. 王功兵.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于小波变换的水下目标弹性散射提取方法研究[D]. 郭雪松.哈尔滨工程大学 2015
[3]基于时频分析与图像形态学的目标回波检测[D]. 朱旭.哈尔滨工程大学 2013
[4]基于Duffing方程的强混响下弱信号检测[D]. 赵小红.哈尔滨工程大学 2012
[5]高阶统计量在水雷目标特征提取中的应用[D]. 张晓云.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3540790
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Bluefin-21型AUV及其测量实例Fig.1.1Bluefin-21AUVandameasuredexample
图 1.2 金枪鱼机器人公司水下潜器产品系列Fig.1.2 Bluefin Robotics Unmanned Underwater Vehicles 系列 AUV 以其灵活扩展性被应用于多种水下目标探测系统的索中，以 Bluefin-21 型 AUV 为平台，搭载美国凤凰国际控股与曳声波定位仪（Towed Pinger Locator, TPL），进行失事客机黑匣luefin-12 搭载的 BOSS（Buried Object Scanning Sonar, 掩埋目标门为探测水下掩埋目标所设计的系统[9]，如图 1.3 所示。这套系呐获得目标区域的多方位图像，以便对掩埋、半掩埋或者沉底目性球形发射器发射频带为 3-20kHz 的信号，照射到周围海底；接平面基阵（如图 1.3 右图所示），其接收海底散射信号后经时延系统在正下方可达到的横向分辨率为 15cm，而纵向分辨率为
图 1.2 金枪鱼机器人公司水下潜器产品系列Fig.1.2 Bluefin Robotics Unmanned Underwater VehiclesBluefin 系列 AUV 以其灵活扩展性被应用于多种水下目标探测系统的搭载平台，如在 MH370 搜索中，以 Bluefin-21 型 AUV 为平台，搭载美国凤凰国际控股与美国海军共同研制的拖曳声波定位仪（Towed Pinger Locator, TPL），进行失事客机黑匣子的搜索[8]。此外，由 Bluefin-12 搭载的 BOSS（Buried Object Scanning Sonar, 掩埋目标扫测声呐）系统则是专门为探测水下掩埋目标所设计的系统[9]，如图 1.3 所示。这套系统利用一个宽带调频声呐获得目标区域的多方位图像，以便对掩埋、半掩埋或者沉底目标进行识别。其中无指向性球形发射器发射频带为 3-20kHz 的信号，照射到周围海底；接收器基阵为9 行、41 列平面基阵（如图 1.3 右图所示），其接收海底散射信号后经时延聚焦形成海底成像。该系统在正下方可达到的横向分辨率为 15cm，而纵向分辨率为 8cm。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于海洋强国战略的思考[J]. 贾宇. 太平洋学报. 2018(01)
[2]国外无人水下航行器装备与技术现状及展望[J]. 钟宏伟. 水下无人系统学报. 2017(04)
[3]局部固体填充的水中复杂目标声散射计算与实验[J]. 张培珍,李秀坤,范军,王斌. 物理学报. 2016(18)
[4]水下掩埋目标的散射声场计算与实验[J]. 胡珍,范军,张培珍,吴玉双. 物理学报. 2016(06)
[5]时频域滤波沉底目标亮点特征提取方法研究[J]. 朱广平,王飞,孙辉. 哈尔滨工程大学学报. 2015(05)
[6]水下目标几何声散射回波在分数阶傅里叶变换域中的特性[J]. 李秀坤,孟祥夏,夏峙. 物理学报. 2015(06)
[7]时频分布重排方法在水下目标回声识别中的应用[J]. 林正青,牟林,彭圆,张风珍. 应用声学. 2014(01)
[8]美国开发新型反水雷无人声呐系统[J]. 常婉宣. 水雷战与舰船防护. 2013(04)
[9]水中目标回波亮点统计特征研究[J]. 陈云飞,李桂娟,王振山,张明伟,贾兵. 物理学报. 2013(08)
[10]声呐目标回声特性预报的板块元方法[J]. 范军,汤渭霖,卓琳凯. 船舶力学. 2012(Z1)
博士论文
[1]水下弱目标信号的Duffing振子检测方法研究[D]. 李楠.哈尔滨工程大学 2017
[2]水下目标声散射信号的盲分离研究[D]. 杨阳.哈尔滨工程大学 2017
[3]水下目标主动声呐回波信号特征研究[D]. 夏峙.哈尔滨工程大学 2015
[4]四阶累积量波束形成及其在水下目标探测中的应用研究[D]. 李婷婷.哈尔滨工程大学 2013
[5]稀疏重构算法及其在信号处理中的应用研究[D]. 王军华.国防科学技术大学 2012
[6]过完备字典下的稀疏信号重构研究[D]. 苏杭.武汉理工大学 2012
[7]基于感知字典的稀疏重建算法研究[D]. 黄安民.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]基于时频分析的水下目标声散射特征研究[D]. 王功兵.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于小波变换的水下目标弹性散射提取方法研究[D]. 郭雪松.哈尔滨工程大学 2015
[3]基于时频分析与图像形态学的目标回波检测[D]. 朱旭.哈尔滨工程大学 2013
[4]基于Duffing方程的强混响下弱信号检测[D]. 赵小红.哈尔滨工程大学 2012
[5]高阶统计量在水雷目标特征提取中的应用[D]. 张晓云.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3540790
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