高阶统计量在水雷目标特征提取中的应用

论文摘要

提取目标回波的时域相关特征和频域功率谱特征是水下目标特征提取中最基本的方法,但在功率谱估计中,各频率分量间的相位信息难以体现出来,且功率谱和自相关函数仅能对均值已知的高斯过程进行完整的描述。而高阶统计量是针对二阶统计量(功率谱和相关函数)的各种局限性提出的,它是研究信号非高斯和非线性的有效工具。本文尝试将高阶统计量理论应用到水下目标特征提取中,分析目标回波的非高斯和非线性特征。本文主要研究了高阶统计量中的双谱、双相干谱、1.5维谱和2.5维谱理论。双谱是阶数为3的谱,描述了信号在双频率域的能量分布;双相干谱可以检测信号偏离高斯性和相位耦合的程度;复信号的1.5维谱和2.5维谱可以分别检测信号中的二次相位耦合和三次相位耦合关系。本文对典型信号如CW脉冲信号、带限高斯噪声和由单元散射模型得出的混响信号进行了功率谱、双谱和双相干谱的仿真研究,还对复信号的1.5维谱和2.5维谱进行了大量的仿真研究,仿真结果与理论表达式一致。另外,本文还分析了在高斯噪声、单边指数色噪声和瑞利分布色噪声背景影响下,1.5维谱和2.5维谱在相位耦合中的应用,仿真表明1.5维谱和2.5维谱不仅能抑制对称分布的噪声,而且能抑制非对称分布的噪声。在本文最后,利用双谱、双相干谱处理了大量实验数据,进行了基于双谱和双相干谱的特征提取和压缩。在基于双相干谱的特征空间里,目标回波和混响呈现了良好的类间可分性,而基于双谱的特征向量提取被证明是一个较差的特征向量。最后分析了实验数据中半掩埋雷的回波中不同分段的1.5维谱和2.5维谱,证明雷壳回波和其周围底部混响具有不同的非线性相位耦合性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外探雷声呐技术及其研究现状
• 1.3 水雷目标特性分析
• 1.4 水下目标特征提取的方法研究
• 1.4.1 时域相关特性和频域功率谱估计
• 1.4.2 时间-频率分析方法
• 1.4.3 非线性动力学方法
• 1.5 高阶统计量方法的提出和研究现状
• 1.6 本文的主要研究工作
• 第2章 高阶统计量理论和仿真研究
• 2.1 随机变量的特征函数
• 2.2 高阶矩和高阶累积量
• 2.2.1 高阶矩和高阶累积量的定义
• 2.2.2 高斯信号的高阶矩和高阶累积量
• 2.3 高阶矩谱和高阶累积量谱
• 2.4 双谱的性质和双谱估计
• 2.4.1 双谱性质
• 2.4.2 双谱估计
• 2.4.3 双相干谱的定义
• 2.5 典型信号的双谱和双相干谱仿真
• 2.5.1 带限高斯噪声的双谱和双相干谱
• 2.5.2 两个几何亮点的目标回波的双谱和双相干谱
• 2.5.3 CW信号+带限高斯噪声的双谱和双相干谱
• 2.5.4 混响信号的仿真及其双谱和双相干谱
• 2.6 双谱和双相干谱的不足
• 2.7 本章小结
• 第3章 水下目标回波的相位耦合仿真研究
• 3.1 相位耦合概述
• 3.2 1.5维谱在二次相位耦合中的应用研究
• 3.2.1 二次相位耦合理论及其仿真研究
• 3.2.2 噪声背景下1.5维谱在二次相位耦合中的应用
• 3.3 2.5维谱在三次相位耦合中的应用研究
• 3.3.1 三次相位耦合理论及其仿真研究
• 3.3.2 噪声背景下2.5维谱在三次相位耦合中的应用
• 3.3.3 混响信号的1.5维谱和2.5维谱
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验数据处理
• 4.1 悬吊状态目标回波的双谱
• 4.1.1 实验一数据的双谱
• 4.1.2 双谱特征提取
• 4.2 目标回波及混响的双相干谱
• 4.2.1 实验二数据处理结果
• 4.2.2 实验三数据处理结果
• 4.2.3 双相干谱特征提取
• 4.3 目标回波及混响的相位耦合特征
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢