基于時頻分析的水下目標聲散射特征研究.pdf

1、水下目標探測與識別是國內(nèi)外學者重點研究的領(lǐng)域之一。利用主動聲納進行水下目標探測時，回波分析法是最有效的手段之一，目標回波是入射聲波照射到目標上并與目標相互作用產(chǎn)生的，包含了目標大量的物理信息，是探測識別水下目標的重要信息來源。根據(jù)亮點模型理論，水下目標回波的聲散射特征在不同的聲波入射角下有顯著的不同，為了對目標回波作全面的研究，不僅需要提取目標回波的聲散射特征，還應(yīng)該建立目標回波在全方位的聲散射特征庫，進而對多角度入射情況下目標的聲散射

2、特征進行識別。針對上述問題，本文利用多種時頻分析方法對不同聲波入射角度下的目標回波數(shù)據(jù)進行特征提取，建立了目標回波全方位分析模型，并對水下目標的聲散射特征進行識別研究。
　　本文首先介紹了水下目標的聲散射特性與目標回波的產(chǎn)生機理，研究了聲波入射角變化時，回波信號的幾何聲散射特征隨入射角的變化關(guān)系，并對這一變化關(guān)系進行了仿真分析。進一步研究了目標回波的時頻特性，對目標幾何亮點回波的魏格納-威爾分布以及分數(shù)階傅里葉變換進行了理論推導。

3、利用WVD-Hough變換、分數(shù)階傅里葉變換以及頻域小波變換三種時頻方法對實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，三種方法能夠有效地提取目標回波的亮點統(tǒng)計特征、能量特征以及彈性亮點特征，并且隨著聲波入射角度的變化目標每種特征也會隨之變化，進而利用WVD-Hough變換、分數(shù)階傅里葉變換以及頻域小波變換建立了在各自變換域中目標全角度下回波的聲散射特征庫。初次得到的各個特征空間的特征向量的維數(shù)往往都很高，難以直接進行目標的分類識別，需要對各個時頻特征向量進行

4、降維處理。本文研究了水下目標回波的亮點統(tǒng)計特征，即亮點個數(shù)、各亮點間的位置關(guān)系、亮點的強度，并對目標的時頻特征進行選擇，進而將選擇的目標回波的特征作為輸入分類器的特征向量。每一種目標回波特征都是信號在對應(yīng)特征空間中的描述，不同特征空間之間具有一定的互補性，本文采用一種改進的特征級融合方案對獲得的低維特征向量進行融合，最后利用融合特征進行目標的聲散射特征識別研究。對獲取的目標全角度數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，對水下目標建立的目標回波全角度的聲散射特