水中目标辐射噪声线谱起伏特性研究

Line-component spectrum of underwater target radiated noise, the discrete frequency component in noise spectrum, is always one of the important objects of modern sonar detection and capture. Furthermore, line-component spectrum is also an important evidence of sonar target classification. Since the vibration period of the line-component spectrum source could be found based on the accurate frequency, most of current research is focused on the frequency estimation of line-component spectrum. In our preliminary research, the intensity fluctuation of line-component spectrum is closely related to the target position. This project will begin research work from underwater acoustic propagation and focus on relationship between the fluctuations of line-component spectrum and the target positions. The relevance between the fluctuations and the source depth range variations will be studied first. Then multi-target discrimination method will be studied based on the fluctuations of line-component spectrum of different targets under multi-target interference conditions. Finally, the source depth classification methods based on the intensity fluctuation of line-component spectrum will be studied by using the fluctuation characteristics of different line-component spectrum of the same target on the premise of multi-target discrimination. This project will take full advantage of the position information in line-component spectrum of underwater target radiated noise and change the line-component spectrum from time-frequency feature to spatial feature. It will provide a new way for underwater target classification.

水中目标辐射噪声线谱是指噪声谱中稳定的离散频率分量。线谱一直是现代声纳设备探测和捕捉的重要对象，也是水声目标识别的重要依据之一。现有的研究主要关注线谱频率的估计，因为分析到线谱的准确频率，就意味着可能找到该线谱产生源的振动周期。在课题组前期的研究工作中发现，线谱强度的起伏与目标位置有着密切的关系。本项目拟从水声传播的角度出发，重点研究辐射噪声线谱的起伏特性与目标空间位置之间的关系。首先，利用水声传播模型，研究线谱起伏与目标深度和距离变化的关联性；其次，在多目标干扰情况下，研究利用多根线谱的起伏特性进行多目标分辨的方法；最后，在实现多目标分辨的前提下，研究利用同一目标不同线谱强度起伏特性的目标深度判决方法。本项目充分挖掘辐射噪声线谱中所包含的目标位置信息，将线谱这一目标的时频特征转化为空间特征，为水声目标识别提供新的途径。

水中目标辐射噪声线谱是噪声谱中稳定的离散频率分量，具有较高的窄带信噪比，也是现代声纳设备探测和捕捉的重要对象，线谱信息的有效利用对水声目标识别有着重要的意义。.辐射噪声信号在海洋中传播时，不可避免地要产生起伏，表现出的起伏特性与目标的空间位置有着密切的关系。本项目从水声传播物理机理出发，重点研究辐射噪声线谱的起伏特性与目标空间位置变化的关联性，为目标深度判决和多目标分辨提供理论依据和新的技术途径。.首先，研究了被动接收的辐射噪声线谱起伏随声源深度和距离变化的规律。当目标声源与接收器之间的距离变化时，线谱幅度主要表现为由干涉引起的周期性强弱交替变化；当目标声源深度波动时，辐射噪声线谱起伏与目标深度表现出较强的关联性，目标深度波动是导致线谱强度快变化的主要因素。针对随收发距离变化表现出的周期性波动，提出了基于缓变项估计的线谱起伏补偿方法，以减弱由距离变化导致的线谱幅度起伏；针对由深度波动导致的线谱起伏，提出了仅依赖于声源深度的修正模式闪烁指数，该统计量可实现对目标距离的自归一化。.其次，研究了基于线谱起伏特性的多目标分辨和目标深度二元判别方法。针对阵列接收信号中的多目标分辨问题，推导了波束形成导致的多目标线谱互扰模型，分析了同波束内不同线谱的起伏特性，结果表明无论波束方向是否对准目标，水面目标的线谱起伏都明显高于水下目标线谱的起伏。针对水平线列阵、垂直线列阵和倾斜线列阵三种接收基阵形式，分别研究了基于辐射噪声线谱起伏特性的目标深度二元判别方法。提出了基于r阶幂平均函数的线谱幅度起伏指数，实现了基于水平阵的目标深度判别；提出了不同模态简正波修正模式闪烁指数综合方法，实现了基于垂直线列阵和倾斜线列阵的目标深度判别。.本项目将线谱这一传统的辐射噪声信号时频域特征转化为空间域特征，利用目标空间位置的可分性辅助多目标分辨和目标深度判别，对提高声纳系统的探测和识别能力具有重要指导意义和应用价值。