论文部分内容阅读
随着无人化、智能化技术发展的日趋成熟,各种类型的无人自主型设备逐步投入应用。在水下,以UUV为代表的水下无人潜器面对水下侦察、搜索、测绘等多方面需求,已发展了适应于不同场景的多种类型和型号,随之而来的是水下入侵UUV频度和威胁也逐步加大。针对水下小目标检测和识别问题成为研究的热点。其中,基于UUV辐射噪声信号信号处理基础上的特征提取方法和特征量的分析将成为决定小目标检测、识别成功率的关键。本论文围绕着水下小型UUV辐射噪声特征提取问题开展研究。首先分析了UUV辐射噪声机理,分析了UUV振动、螺旋桨的旋转以及UUV与周围水体的作用这三种途径的基本原理和影响要素。分析结果表明,UUV具有水下航行体通常具备的线谱和调制谱等特征。但其受环境影响和自身工况影响较大、特征中的不稳定性更强。依据通用水下目标辐射噪声信号处理和特征提取方法,对一艘50kg级的轻型UUV在不同水域环境下采集获取的两组实测样本进行了处理,采用LOFAR、DEMON获取了其频谱特征和调制谱特征,并利用3/2谱基于高阶统计量思想进行了特征分析。同时开展了基于人耳听觉特征的美尔倒谱(MFCC)方法的信号处理方法研究。处理结果表明,在高信噪比条件下UUV辐射噪声具有舰船辐射噪声的共有特性,采用经典的特征提取方法对小目标辐射噪声依然具有可行性。最后,针对小目标辐射噪声强度较低、动态变化大、不稳定性强、环境影响大的特点,开展了基于混沌理论的特征提取方法研究分析了混沌序列熵、Lyapunov指数、关联维度三种混沌特征量征对小目标辐射噪声特征提取能力,并探讨了的不同信噪比下小目标辐射噪声特征混沌特征提取能力,仿真研究和试验数据结果混沌特征作为UUV辐射噪声特征提取方法潜在应用可行性。根据仿真和实测数据样本的处理结果表明,在信号特征较为稳定、信噪比较高的阶段可以采用常规的舰船目标辐射噪声信号处理方法和特征提取技术对UUV辐射噪声特征进行提取。在低信噪比环境中,混沌特性以及混沌特征量是潜在的提取入侵UUV特征的可行方法。混沌域特征的引入补充、丰富了UUV辐射噪声特征提取方法。