在聲吶、雷達(dá)、通信等電子信息系統(tǒng)中,盡管有各種各樣的信號(hào)檢測(cè)方法,匹配濾波器作為信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域中十分重要的基本理論,仍然是最常采用的經(jīng)典檢測(cè)器,它早已被證明是在帶限白噪聲干擾條件下檢測(cè)確知信號(hào)(所謂理想條件)輸出信噪比最大的最佳線性濾波器。本文提出的基于匹配濾波器的頻域自適應(yīng)線譜增強(qiáng)方法(FDAMF)是在自適應(yīng)領(lǐng)域來(lái)尋求比匹配濾波器檢測(cè)能力更強(qiáng)的檢測(cè)方法,為工程應(yīng)用提供性能更高、更可靠的檢測(cè)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)FDAMF的基本思路是,通過(guò)理論與仿真分析匹配濾波器輸出頻譜的特點(diǎn),證明其頻域輸出包含周期分量,從而將匹配濾波器的輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換成頻域線譜檢測(cè)問(wèn)題。以理論分析為依據(jù),結(jié)合被動(dòng)線譜增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)一步提高常規(guī)匹配濾波器的檢測(cè)性能�；谶@種思路,文章首先研究了被動(dòng)線譜增強(qiáng)技術(shù),提出了時(shí)反卷積干擾抑制(TRCIS)算法,理論證明了時(shí)反卷積的物理意義就是將信號(hào)的相關(guān)矩陣轉(zhuǎn)換成一序列,該序列包含了相關(guān)矩陣的全部元素,理論推導(dǎo)了TRCIS檢測(cè)寬帶噪聲中單頻信號(hào)的原理及處理增益,并說(shuō)明了TRCIS抗多途干擾的原理,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其性能,得出其信噪比增益隨輸入信噪比呈線性增長(zhǎng),檢測(cè)域較常規(guī)線譜檢測(cè)方法降低約2dB,ROC曲線顯著優(yōu)于常規(guī)線譜檢測(cè)方法等結(jié)論。然后將TRCIS算法作為自適應(yīng)線譜增強(qiáng)器(ALE)的預(yù)處理技術(shù),提出一種改進(jìn)的ALE,即TRCIS-ALE,給出其實(shí)現(xiàn)原理,并通過(guò)與常規(guī)線譜檢測(cè)方法、ALE及基于相干累加算法的ALE的仿真對(duì)比,驗(yàn)證了其處理增益、檢測(cè)閾、ROC曲線等性能都顯著優(yōu)于其他三種方法。將上述自適應(yīng)線譜增強(qiáng)技術(shù)與匹配濾波器相結(jié)合,提出基于匹配濾波器的頻域自適應(yīng)線譜增強(qiáng)方法,即FDAMF,并針對(duì)更低信噪比的條件下,結(jié)合TRCIS-ALE,提出基于匹配濾波器的頻域TRCIS-ALE。給出了它們的實(shí)現(xiàn)原理,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了FDAMF具有比常規(guī)匹配濾波器更優(yōu)異的檢測(cè)性能,如處理增益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)匹配濾波器,檢測(cè)閾降低約2dB,在輸入信噪比和虛警概率一定時(shí)檢測(cè)概率高出常規(guī)匹配濾波器約20%。根據(jù)聲吶接收端的特點(diǎn),進(jìn)一步提出了幾種雙輸入端FDAMF——分裂陣雙輸入端FDAMF、正負(fù)頻雙輸入端FDAMF和實(shí)虛部雙輸入端FDAMF,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了在檢測(cè)閾范圍內(nèi)分裂陣雙輸入端FADMF具有優(yōu)于其他兩種方法的檢測(cè)性能。針對(duì)主動(dòng)聲吶系統(tǒng)中的一些實(shí)際問(wèn)題,進(jìn)行了FDAMF適用性的研究。如,窄帶信號(hào)的FDAMF,提出利用Hilbert變換將窄帶信號(hào)進(jìn)行基帶處理來(lái)減小計(jì)算量和降低接收端前置濾波器的實(shí)現(xiàn)難度,以及利用樣本循環(huán)自適應(yīng)技術(shù)人為展寬信號(hào)可利用頻帶的措施,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些措施的有效性;討論了常用聲吶波形的FDAMF,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了各種波形的FDAMF檢測(cè)效果都優(yōu)于常規(guī)匹配濾波器,表明FDAMF對(duì)不同波形信號(hào)具有廣泛適用性;針對(duì)有色噪聲背景下的FDAMF,利用預(yù)白化方法實(shí)現(xiàn)預(yù)白化FDAMF,并仿真驗(yàn)證了其檢測(cè)性能優(yōu)于未進(jìn)行預(yù)白化的FDAMF和預(yù)白化匹配濾波器;針對(duì)相干多途信道中的FDAMF,通過(guò)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)來(lái)修正參考信號(hào),構(gòu)成基于模型的FDAMF,并仿真驗(yàn)證了其性能優(yōu)于未進(jìn)行修正的FDAMF和基于模型的匹配濾波器。為了進(jìn)一步驗(yàn)證所提方法的實(shí)際效果,進(jìn)行了實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析,處理結(jié)果表明:TRCIS-ALE在艦船輻射噪聲線譜檢測(cè)中能夠有效抑制背景干擾,并最大程度保留了原線譜信息;寬帶LFM信號(hào)的FDAMF實(shí)際回波檢測(cè)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)匹配濾波器,有效抑制了干擾噪聲,提高了匹配濾波的處理增益;針對(duì)窄帶信號(hào)的FDAMF改善了窄帶HFM信號(hào)的匹配濾波檢測(cè)性能,證明了FDAMF應(yīng)用于窄帶信號(hào)回波檢測(cè)的實(shí)效性。這些試驗(yàn)處理結(jié)果為FDAMF的實(shí)際工程應(yīng)用提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)和測(cè)試依據(jù)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U666.7
【部分圖文】：

第 1 章 緒論吶系統(tǒng)的性能。Woodward 模糊度函數(shù)通過(guò)頻譜平移逼近多普勒效應(yīng)發(fā)射調(diào)制信號(hào)的多普勒失真，而這種失真往往限制聲吶系統(tǒng)的性能。德森實(shí)驗(yàn)室對(duì)主動(dòng)聲吶與雷達(dá)信號(hào)之間的差異進(jìn)行了一系列研究出了雷達(dá)和聲吶模糊度函數(shù)之間的基本差異[42]，并且指出線性調(diào)頻聲雷達(dá)理論預(yù)測(cè)大不相同的速度和加速度公差。隨后，Harris 與 Kram定相位原理評(píng)估高時(shí)間帶寬積調(diào)頻聲吶信號(hào)模糊度函數(shù)的技術(shù)[43]，用能，并且可以作為信號(hào)合成（從模糊域到信號(hào)域的轉(zhuǎn)換）的有用工對(duì)寬帶偽隨機(jī)信號(hào)聲吶系統(tǒng)的速度（即多普勒）和加速度公差進(jìn)行出對(duì)于在有限帶寬上具有平坦功率譜密度的偽隨機(jī)信號(hào)而言，速度和與信號(hào)帶寬無(wú)關(guān)的結(jié)論，因此這類信號(hào)的窄帶雷達(dá)表達(dá)式可以直接延中。Glisson 對(duì)主要的幾種主動(dòng)聲吶信號(hào)在拷貝相關(guān)器中的應(yīng)用進(jìn)行出了一種特別適合于聲吶系統(tǒng)中編碼信號(hào)實(shí)時(shí)匹配濾波的卷積處理器具有多個(gè)目標(biāo)和相對(duì)大的多普勒頻移的信號(hào)。

圖 1.2 自適應(yīng)匹配濾波器Fig 1.2 Adaptive matched filter雜的，其系統(tǒng)函數(shù)對(duì)于環(huán)境參數(shù)十分敏感，探，要使聲吶系統(tǒng)和信道實(shí)時(shí)匹配，那么處理息，自適應(yīng)地調(diào)整處理器參數(shù)，才能取得好波器[52-55]，如圖 1.2 所示，用來(lái)解決信道模型參配問(wèn)題，自適應(yīng)匹配濾波器是利用了攜帶信道波器的參考信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，通過(guò)解決原始發(fā)射主動(dòng)聲吶的目標(biāo)檢測(cè)性能。不確定性，基于 Cavassilas 首先提出的檢測(cè)平等人提出了一種隨機(jī)匹配濾波器[57,58]，這種匹陣，可用于檢測(cè)頻率隨時(shí)間變化的信號(hào)，例如匹配濾波結(jié)果除主峰外還會(huì)產(chǎn)生一些旁瓣，這淹沒(méi)小目標(biāo)或者被誤認(rèn)為是目標(biāo)本身，針對(duì)

圖 1.3 匹配濾波器旁瓣抑制Fig 1.3 Sidelobe reduction of matched filter近年來(lái)隨著壓縮感知技術(shù)的興起，發(fā)展出了壓縮匹配濾波器[63-65]，這是一種基于的估計(jì)器，該估計(jì)器使用少量接收信號(hào)頻譜的噪聲樣本進(jìn)行運(yùn)算，來(lái)估計(jì)信號(hào)的未遲和幅度，其位置從頻域中某個(gè)均勻分布的區(qū)間隨機(jī)抽取，借助壓縮感知領(lǐng)域中的邊界恢復(fù)分析技術(shù)，導(dǎo)出了保證壓縮匹配濾波器有效工作的采樣數(shù)量下限。該技術(shù)了一種高效、穩(wěn)健和通用的信號(hào)信息獲取途徑，特別是對(duì)于通過(guò)時(shí)域或頻域中的平行參數(shù)化的信號(hào)，未知參數(shù)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的最小二乘估計(jì)從隨機(jī)測(cè)量中得到恢復(fù)。.2.2 線譜檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀線譜檢測(cè)技術(shù)在被動(dòng)聲吶信號(hào)處理中具有非常重要的意義和地位。線譜的產(chǎn)生主由魚(yú)雷、艦船、潛艇等目標(biāo)機(jī)械部件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、螺旋槳的周期性擊水和葉片的共起的。由于這些產(chǎn)生線譜的聲源工作條件相對(duì)穩(wěn)定，功率通常較大，使得生成的線有較高的強(qiáng)度和頻率穩(wěn)定度，而且線譜通常分布在低頻段，在傳播過(guò)程中衰減小，距離遠(yuǎn)，因此充分利用線譜特有的穩(wěn)定而集中的能量可以提高被動(dòng)聲吶的檢測(cè)性

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本文編號(hào)：2808431