海洋聲層析是基于水聲信號在海洋中傳播時會受海水溫度和流速等因素影響的事實,利用聲信號在海洋中傳播的速度和時間來反演測量海域的相關參數(shù)。該方法不受航運、天氣和漁業(yè)活動等的限制,可以實現(xiàn)對海洋大尺度、長期、連續(xù)的實時監(jiān)測。然而,目前對聲傳播多路徑不同射線分辨,以及對應聲線傳播時間的識別仍存在問題。例如,經(jīng)典的海洋聲層析系統(tǒng)采用匹配濾波方法獲取最大信噪比的聲信號到達時間的估計,但其識別時間結構分辨率受限于水聲信道帶寬,很難辨別出信號時延間隔比較小的多徑信號。本文提出了采用壓縮感知來進行時間提取,其作為一種新的信號處理方法,可利用水聲傳播信道的稀疏特性提高識別多路徑結構的估計性能。并結合傳統(tǒng)匹配濾波方法,在水聲傳播信道的稀疏特性和壓縮感知理論基礎上,提出了一種匹配濾波—壓縮感知聯(lián)合聲波到達時間提取方法,來估計海洋水聲信號傳播多路徑的時延位置和幅度信息,提高對水聲信號的檢測信噪比和多路徑時延分辨率。通過Bellhop模型對水聲信號傳播進行仿真模擬實驗,分別對匹配濾波方法、直接壓縮感知方法和匹配濾波-壓縮感知聯(lián)合方法進行性能評估,證實了匹配濾波—壓縮感知聯(lián)合方法在提取水聲信號多路徑傳播的到達時間和對信號檢測信噪比的上的理論優(yōu)勢。再通過對實測數(shù)據(jù)的處理分析,進一步證實了匹配濾波—壓縮感知聯(lián)合方法在提高對信號到達時間分辨率和聲信號檢測信噪比上的有效性和高精度特性,從而為高精度的海洋聲信號傳播和聲層析反演溫流場提供了有力的基礎數(shù)據(jù)支撐。
【學位單位】：浙江海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P733.2
【部分圖文】：

圖 2-1 水聲信號多路徑傳播Fig 2.1 Underwater acoustic signal multipath propagation（2-1）可以看出聲波經(jīng)過不同路徑到達接收點，表現(xiàn)了水聲信號傳象。洋環(huán)境噪聲環(huán)境噪聲是海洋的一個重要特性，是指海洋中各種各樣隨著海洋環(huán)化的聲源，也被成為水下噪聲，對水聲信號的識別和檢測產(chǎn)生嚴重境噪聲根據(jù)噪聲源的不同，可以分為自然噪聲和人為噪聲，自然噪生物發(fā)出或引起的噪聲，以及由地殼運動、海洋潮汐、降雨、海洋象引發(fā)的擾動和水分子的不規(guī)則運動等引起的噪聲，而人為噪聲主行和人為的一些工業(yè)和生活活動等引起的噪聲。的噪聲源產(chǎn)生的影響也不同，在深海海域中，由海洋風場、底殼和波浪直接的相互作用等引起的自然噪聲占主要原因。而在淺海領

壓縮感知在海洋聲層析中的應用研究3-10）中 為聲束之間的夾角。對 BELLHOP 的模擬是用 MATLAB 來實現(xiàn)，BELLHOP 的計算階龍格-庫塔方法求解這類初值問題，我們在 BELLHOP 的 MATLA輸入海洋環(huán)境參數(shù)：海底地形、聲速剖面、界面反射、發(fā)射信號的環(huán)境因素得到信號傳播的多徑數(shù)目 N，并得到傳輸信號的衰減幅度得到該海洋環(huán)境系統(tǒng)的沖激響應。道估計的角度出發(fā)，信道的輸入信號為發(fā)射信號 (¤ ¨ )，把水聲信波器，其沖激響應函數(shù)為 (¤ ¨ )，信道的輸出信號為接收信號-(¤ 代表空間位置，t 代表時間，f 代表頻率。把水聲信號傳播的海洋信道的原理圖如圖（3-1）所示。

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本文編號：2832973