海洋环境噪声低频特性及适配处理方法与应用

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:linjiachou
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针对海洋环境噪声场的低频统计特性以及在这种背景场下目标信号的适配检测处理问题,对我国目前关注的热点海域南海海域和北冰洋及其毗邻海域的海洋环境噪声低频特征和信号检测的适配性问题进行了研究,包括:  1.针对当海洋噪声不存在二阶及以上高阶矩时,基于二阶矩及高阶矩的信号处理算法性能将严重下降的问题,将低频海洋环境噪声场特性建模的研究重点放在α稳定分布上,并对其定义、性质进行较为详细的介绍,由此,对分数低阶统计量理论中的分数低阶距、负阶矩和对数矩以及共变及其性质进行了介绍,针对α稳定分布的实际应用,对其参数估计方法进行了研究,按照运算量和运算精度的准则确定了适用的参数估计方法。  2.利用海试实验所测量的实际海洋环境的噪声数据,分别分析了南海海域与北极海域低频海洋环境噪声的统计特性,得出了两个海域低频环境噪声的分布基本符合高斯分布,并存在一定比例的非高斯分布的特性,非高斯分布服从α稳定分布的结论:对于南海海域,海洋环境噪声场在临界角范围内的噪声主要来自远场,而近场干扰噪声影响大角度范围的响应,低频海洋噪声源主要为航船噪声,噪声场的起伏变化主要受风速与航船密度的影响,因此针对该海域,海洋环境噪声适配处理的核心是α稳定分布中强水面目标干扰下的目标检测问题;而对于北极海域,由于其独特的冰盖和海洋水文条件的影响,其海洋环境噪声场是由大量远场和近场的声源的贡献组成,主要的噪声产生机制是浮冰碰撞、破裂、堆积、海冰与波浪相互作用、冰内应力和气温变化引起的破裂,一般低频环境噪声以远源为主,高频分量对应于邻近源。海洋环境噪声适配处理的核心是稳定分布中强脉冲干扰下的目标检测问题。  3.针对α稳定噪声环境下的谱分析方法及应用,对基于时频特性差异的低频海洋环境噪声抑制方法进行了研究,提出了一种基于FLOA的改进型波动起伏滤波器——FrAWSUM,仿真分析和实际数据的测试说明了该方法可以抑制冲击噪声以及近场船舶噪声干扰等瞬态起伏,对海洋环境噪声抑制(稳定谱线的增益)可达15dB以上。提出了一种基于α值估计的多模型宽容性适配处理方法,实测数据分析结果表明该方法可以有效地实现目标的检测,并且跟踪结果更加稳定  4.研究了波束形成以后的干扰抵消及后处理技术,提出了一种基于反波束形成递推算法的多目标干扰抵消方法,通过算法分析和实测数据测试,可以看出有效利用递推IBF技术会显著改善多目标的检测结果,提高了实际海洋环境噪声中弱目标的检测能力。  5.在完成上述算法的研究后,将各算法综合在一起,在可快速部署的水下声纳浮标中进行了实际应用,并通过海上试验测试,给出了试验结果。
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