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原文传递低频主动声纳波形融合与背景归一化

论文题名：	低频主动声纳波形融合与背景归一化
关键词：	主动声纳;混响;波形融合;背景归一化;目标回波
摘要：	低频主动声纳在浅海工作时，混响对其目标检测性能的影响很大，混响的主要成分为海底反向散射。本文对波形设计和波形融合、背景归一化以及混响与目标回波的分离等技术进行研究，以提高主动声纳在浅海环境下的检测能力。首先，从波形设计的角度出发，分析CW、LFM、PTFM信号的距离和速度分辨率以及它们的抗混响能力。分辨率和模糊度函数有直接的联系，通过不同信号的模糊度函数分析得到如下结论：CW信号具有较好的速度分辨能力，而等脉宽的LFM信号具有较好的距离分辨力，PTFM信号同时具有较好的距离分辨力和较好的速度分辨能力。在混响限制的条件下，改善信混比的有效措施是进行信号波形设计，通过信号混响一多卜勒分布模型分析，对于高速运动目标，采用CW信号原则上可完全抑制混响：对于静止或低速的目标，采用宽带信号可以有效降低混响的谱级，从而提高检测能力。不同形式的信号各有优缺点，然而由于声纳的工作环境不可预测，事先对要检测目标的运动情况也并不了解，因而也无从选择合适的发射信号。如果组合发射几种信号，并采用波形融合检测的方法，充分利用它们各自不同的特点，可以提高检测性能。通过理论和实验数据的分析证明组合信号可以抗频率选择性衰落，并且CW和LFM在检测性能上的互补性还可以较好的实现对目标的检测。对于组合信号的检测使用融合方法，具有较好的效果。另一重要内容为后置的归一化处理，其主要目的是为保证恒虚警检测。通过对背景归一化的原理及其瞬态性能和稳态性能的分析，得到合理选择背景估计时所利用的样本数可以减少检测损失。本文采用时间和波束的二维归一化方法，对均值、中值、加权等不同的归一化算法及所选的参数进行了比较。通过仿真数据及实际海试数据的分析，归一化处理可有效地降低数据动态范围，显示画面背景均匀，目标回波清晰，提高了检测性能，降低了虚警概率。通过归一化处理，混响干扰被平滑，弱信号目标显示清晰。本文受背景归一化处理思路的启发，用特征识别的方法来加强回波信号的显示效果。对混响、噪声和目标回波的不同分布特征分析，可以发现，虽然主动声纳发射的信号形式各异，但经过匹配滤波等信号处理后其混响、噪声和目标回波都保存了明显的特征，混响幅值大、所占的距离点和方位点数多，分布广；噪声背景幅值较小、所占的距离点和方位点数多，分布广；目标回波距离尺度和方位尺度都较小。基于这些特征，通过选择两个大小合适的同心两维滑动窗，小窗大小与目标回波尺度相当，大窗大小与大尺度混响尺度相似，利用小窗的均值和大窗中(不包括小窗)的均值比值大小的不同来区分混响、目标回波和噪声背景，最后用不同的颜色进行综合显示。本文通过发射信号选择、、融合检测、多维归一化处理等技术的研究，对于低频主动声纳可以抑制混响，提高目标检测能力，降低虚警概率。
作者：	王亚男
专业：	水声工程
导师：	李思纯
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文