基于小波的被动声纳降噪研究

论文摘要

近20年来声纳技术在水下测深、定位、目标探测与识别、通信、导航、遥控、海底遥感(地质、地层、地貌)、寻找油气、开发矿产等方面具有十分广泛的应用。声纳装备是海军诸多装备中的主要装备之一。由于声纳装备在海军舰艇中有着许多功能,例如能够起到搜索、探测、定位目标等诸多功能,因而受到许多国家海军的重视。同时,声纳也可以广泛应用于水下测深和测距、多普勒测速仪、鱼群探测和渔业管理、助潜设备、水下和水面的“定位标指”、通信和遥测等非军事领域。但声纳信号中往往会夹杂大量各种噪声,怎样从染噪信号中有效去除噪声,获取目标信号,是人们关注的焦点。本文采用基于小波的降噪理论,研究了水下舰船辐射噪声的被动声纳降噪问题。利用Matlab对舰船被动声纳连续谱信号、线谱信号进行建模与仿真,计算出传播损失,然后加入海洋背景噪声,合成舰船被动声纳信号。在此基础上先用传统滤波———均值滤波、EWMA(指数加权移动平均滤波)对舰船被动声纳合成信号进行降噪,得出降噪效果。然后我们进行单步小波分解降噪,通过比较降噪效果,选择合适的小波基。在dB27小波基上,从shannon、sure、norm、user等等熵类型中选择shannon熵类型,在阈值分别为1至20时进行小波包硬阈值和小波包软阈值去噪,并与传统滤波(均值滤波、EWMA)降噪效果进行比较,最后得出在dB27小波基和shannon熵类型条件下,取阈值为17进行尺度水平为1的小波包软阈值去噪的效果最佳。基于小波的被动声纳降噪在舰船辐射噪声信号降噪中取得较好的效果,在其它水声目标降噪中有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 声纳的分类、基本原理和结构及影响因素
• 1.1.1 主动声纳
• 1.1.2 被动声纳
• 1.1.3 声纳的基本原理和结构
• 1.1.4 影响声纳的因素
• 1.2 声纳的应用
• 1.3 声纳的发展
• 1.4 声纳信号的特点
• 1.4.1 随机性
• 1.4.2 非平稳性
• 1.5 被动声纳信号降噪发展状况
• 1.5.1 国外被动声纳信号降噪发展状况
• 1.5.2 国内被动声纳信号降噪发展状况
• 1.6 研究背景、目的和意义
• 1.7 本文主要创新
• 1.8 论文的组织结构
• 1.9 小结
• 第二章 舰船被动声纳信号仿真
• 2.1 声纳信号仿真的意义
• 2.2 舰船被动声纳信号方程
• 2.3 舰船被动声纳信号仿真
• 2.3.1 舰船被动声纳连续谱信号仿真
• 2.3.2 舰船被动声纳线谱仿真
• 2.3.3 舰船被动声纳传播损失仿真
• 2.3.4 海洋环境噪声信号仿真
• 2.3.5 合成染噪信号
• 2.4 小结
• 第三章 小波降噪理论
• 3.1 小波分析基本理论
• 3.1.1 小波变换基本理论
• 3.1.2 多分辨率小波分析
• 3.2 小波去噪的基本原理与方法
• 3.3 基于小波分析的去噪
• 3.3.1 最佳小波选择原则
• 3.3.2 阈值去噪数学表达式
• 3.4 小结
• 第四章 基于小波舰船被动声纳信号降噪
• 4.1 传统滤波对声纳信号降噪效果比较
• 4.1.1 均值滤波降噪
• 4.1.2 指数加权移动平均滤波(EWMA
• 4.2 基于小波舰船被动声纳信号降噪
• 4.2.1 单步小波分解降噪
• 4.2.2 一维小波包去噪
• 4.3 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文完成的主要工作
• 5.2 本文的主要创新点
• 5.3 存在的问题和进一步需要研究的内容
• 5.4 小结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文