海洋聲層析是基于水聲信號(hào)在海洋中傳播時(shí)會(huì)受海水溫度和流速等因素影響的事實(shí),利用聲信號(hào)在海洋中傳播的速度和時(shí)間來(lái)反演測(cè)量海域的相關(guān)參數(shù)。該方法不受航運(yùn)、天氣和漁業(yè)活動(dòng)等的限制,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋大尺度、長(zhǎng)期、連續(xù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而,目前對(duì)聲傳播多路徑不同射線分辨,以及對(duì)應(yīng)聲線傳播時(shí)間的識(shí)別仍存在問(wèn)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(hào)到達(dá)時(shí)間的估計(jì),但其識(shí)別時(shí)間結(jié)構(gòu)分辨率受限于水聲信道帶寬,很難辨別出信號(hào)時(shí)延間隔比較小的多徑信號(hào)。本文提出了采用壓縮感知來(lái)進(jìn)行時(shí)間提取,其作為一種新的信號(hào)處理方法,可利用水聲傳播信道的稀疏特性提高識(shí)別多路徑結(jié)構(gòu)的估計(jì)性能。并結(jié)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(chǔ)上,提出了一種匹配濾波—壓縮感知聯(lián)合聲波到達(dá)時(shí)間提取方法,來(lái)估計(jì)海洋水聲信號(hào)傳播多路徑的時(shí)延位置和幅度信息,提高對(duì)水聲信號(hào)的檢測(cè)信噪比和多路徑時(shí)延分辨率。通過(guò)Bellhop模型對(duì)水聲信號(hào)傳播進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn),分別對(duì)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(jìn)行性能評(píng)估,證實(shí)了匹配濾波—壓縮感知聯(lián)合方法在提取水聲信號(hào)多路徑傳播的到達(dá)時(shí)間和對(duì)信號(hào)檢測(cè)信噪比的上的理論優(yōu)勢(shì)。再通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析,進(jìn)一步證實(shí)了匹配濾波—壓縮感知聯(lián)合方法在提高對(duì)信號(hào)到達(dá)時(shí)間分辨率和聲信號(hào)檢測(cè)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(hào)傳播和聲層析反演溫流場(chǎng)提供了有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
【學(xué)位單位】：浙江海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P733.2
【部分圖文】：

圖 2-1 水聲信號(hào)多路徑傳播Fig 2.1 Underwater acoustic signal multipath propagation（2-1）可以看出聲波經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)，表現(xiàn)了水聲信號(hào)傳象。洋環(huán)境噪聲環(huán)境噪聲是海洋的一個(gè)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(duì)水聲信號(hào)的識(shí)別和檢測(cè)產(chǎn)生嚴(yán)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(yùn)動(dòng)、海洋潮汐、降雨、海洋象引發(fā)的擾動(dòng)和水分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(fēng)場(chǎng)、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(lǐng)

壓縮感知在海洋聲層析中的應(yīng)用研究3-10）中 為聲束之間的夾角。對(duì) BELLHOP 的模擬是用 MATLAB 來(lái)實(shí)現(xiàn)，BELLHOP 的計(jì)算階龍格-庫(kù)塔方法求解這類初值問(wèn)題，我們?cè)?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(hào)的環(huán)境因素得到信號(hào)傳播的多徑數(shù)目 N，并得到傳輸信號(hào)的衰減幅度得到該海洋環(huán)境系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。道估計(jì)的角度出發(fā)，信道的輸入信號(hào)為發(fā)射信號(hào) (¤ ¨ )，把水聲信波器，其沖激響應(yīng)函數(shù)為 (¤ ¨ )，信道的輸出信號(hào)為接收信號(hào)-(¤ 代表空間位置，t 代表時(shí)間，f 代表頻率。把水聲信號(hào)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(hào)：2832973