基于時(shí)頻分析的水下目標(biāo)聲散射特征研究.pdf

1、水下目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別是國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)研究的領(lǐng)域之一。利用主動(dòng)聲納進(jìn)行水下目標(biāo)探測(cè)時(shí)，回波分析法是最有效的手段之一，目標(biāo)回波是入射聲波照射到目標(biāo)上并與目標(biāo)相互作用產(chǎn)生的，包含了目標(biāo)大量的物理信息，是探測(cè)識(shí)別水下目標(biāo)的重要信息來(lái)源。根據(jù)亮點(diǎn)模型理論，水下目標(biāo)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(duì)目標(biāo)回波作全面的研究，不僅需要提取目標(biāo)回波的聲散射特征，還應(yīng)該建立目標(biāo)回波在全方位的聲散射特征庫(kù)，進(jìn)而對(duì)多角度入射情況下目標(biāo)的聲散射

2、特征進(jìn)行識(shí)別。針對(duì)上述問(wèn)題，本文利用多種時(shí)頻分析方法對(duì)不同聲波入射角度下的目標(biāo)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，建立了目標(biāo)回波全方位分析模型，并對(duì)水下目標(biāo)的聲散射特征進(jìn)行識(shí)別研究。
　　本文首先介紹了水下目標(biāo)的聲散射特性與目標(biāo)回波的產(chǎn)生機(jī)理，研究了聲波入射角變化時(shí)，回波信號(hào)的幾何聲散射特征隨入射角的變化關(guān)系，并對(duì)這一變化關(guān)系進(jìn)行了仿真分析。進(jìn)一步研究了目標(biāo)回波的時(shí)頻特性，對(duì)目標(biāo)幾何亮點(diǎn)回波的魏格納-威爾分布以及分?jǐn)?shù)階傅里葉變換進(jìn)行了理論推導(dǎo)。

3、利用WVD-Hough變換、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換以及頻域小波變換三種時(shí)頻方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，三種方法能夠有效地提取目標(biāo)回波的亮點(diǎn)統(tǒng)計(jì)特征、能量特征以及彈性亮點(diǎn)特征，并且隨著聲波入射角度的變化目標(biāo)每種特征也會(huì)隨之變化，進(jìn)而利用WVD-Hough變換、分?jǐn)?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(biāo)全角度下回波的聲散射特征庫(kù)。初次得到的各個(gè)特征空間的特征向量的維數(shù)往往都很高，難以直接進(jìn)行目標(biāo)的分類識(shí)別，需要對(duì)各個(gè)時(shí)頻特征向量進(jìn)行

4、降維處理。本文研究了水下目標(biāo)回波的亮點(diǎn)統(tǒng)計(jì)特征，即亮點(diǎn)個(gè)數(shù)、各亮點(diǎn)間的位置關(guān)系、亮點(diǎn)的強(qiáng)度，并對(duì)目標(biāo)的時(shí)頻特征進(jìn)行選擇，進(jìn)而將選擇的目標(biāo)回波的特征作為輸入分類器的特征向量。每一種目標(biāo)回波特征都是信號(hào)在對(duì)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(bǔ)性，本文采用一種改進(jìn)的特征級(jí)融合方案對(duì)獲得的低維特征向量進(jìn)行融合，最后利用融合特征進(jìn)行目標(biāo)的聲散射特征識(shí)別研究。對(duì)獲取的目標(biāo)全角度數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，對(duì)水下目標(biāo)建立的目標(biāo)回波全角度的聲散射特