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磁异常探测是在噪声中发现铁磁性目标的技术，轴频探测是在噪声中发现舰船目标的技术，这两者在军事上有着重要的应用。舰船、潜艇自身由铁磁性材料制成，可以被视为铁磁性目标，探测潜艇的军事行为被称为反潜战，反潜战又是海上军事斗争的重要组成部分。在反潜战当中，进行实时的探测、跟踪、识别并精准打击敌方潜艇或舰船目标具有重要的军事意义和战略价值。近几年，海洋资源的开发以及海上经济活动的开展成为了各国关注的焦点，中国海洋资源丰富，但是近邻水域并不太平，附近邻国的潜艇、大型舰船、水下无人潜航器等对中国重要海域的基础设施构成了极大的威胁，为了维护国家主权和领海主权，为了有效保护国家利益和使国家资源不受侵害，开展水下大型目标的探测方法研究势在必行。 常用的水下目标探测方法有利用声呐、雷达、红外探测仪、激光探测仪等仪器进行探测。与以上方法不同，磁法探测的无源性、浅海抗干扰强、隐藏性能好、准确定位等优点，使其成为水下目标探测不可或缺的部分。 本文主要开展水下磁目标信号处理方法研究，重点研究了低信噪比下磁异常/轴频信号的检测和提取算法。论文的主要工作和创新性成果如下: 1.分析了磁异常/轴频信号产生的原理，研究了磁异常/轴频信号强度的估算方法，并对仿真和实测结果进行了分析对比。 2.针对磁异常信号，主要分析了三种检测算法，并提出一种算法: (1)利用标准正交基匹配滤波算法检测噪声中的磁异常信号，在分析仿真和实测数据在低信噪比下检测基础上，实现了对磁异常信号的检测，实验表明能在信噪比为-15dB的白噪声中提取出有效磁异常信号。 (2)分析磁异常目标运动轨迹特征，提出一种抛物线轨迹正交基检测算法，主要推导了抛物线轨迹下磁性目标运动产生磁异常信号强度的解析表达式，给出了5个正交基函数模型，拓展了磁偶极子运动模型，并分析了抛物线轨迹正交基匹配滤波检测结果随曲度及特征时间变化，并将检测结果与直线轨迹下做了对比，并利用仿真和实测数据进行了验证，实验表明在抛物线轨迹下，能在信噪比为-15dB白噪声中提取出有效磁异常信号。 (3)利用最小熵检测算法检测噪声中的磁异常信号，并对仿真数据进行了分析。 (4)利用高阶交叉算法检测噪声中的磁异常信号，并对仿真数据进行了分析。 3.针对轴频信号，进行了探测和特征提取方法研究，主要研究了四种分析算法: (1)利用自适应谱线增强算法检测轴频信号，仿真实验表明算法可以在信噪比为-10dB白噪声的数据中有效提取轴频信号。 (2)利用多重自相关算法提取轴频信号，仿真实验表明算法可在信噪比为-15dB白噪声的数据中有效提取轴频信号。 (3)利用短时傅里叶变换算法分析轴频信号，提出一种基于短时傅里叶变换的轴频信号检测提取算法，主要在时频图的时间聚集和频率聚集部分进行了建模分析，并进行了参数调整，利用时频图上的线谱特征检测目标是否存在，并根据线谱的谐波特性，实现了对轴频的基频的提取，并用实测数据进行了验证，与直接进行短时傅里叶变换的时频图进行对比，验证了方法的有效性。 (4)利用多元经验模态分解分析轴频信号，并在仿真波形的基础上针对实测轴频信号进行了验证，实现了对轴频信号的自适应分解和提取。