高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

时空域联合的水下未知线谱目标检测方法

王逸林 马世龙 邹男 梁国龙

王逸林, 马世龙, 邹男, 梁国龙. 时空域联合的水下未知线谱目标检测方法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(7): 1682-1689. doi: 10.11999/JEIT180796
引用本文: 王逸林, 马世龙, 邹男, 梁国龙. 时空域联合的水下未知线谱目标检测方法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(7): 1682-1689. doi: 10.11999/JEIT180796
Yilin WANG, Shilong MA, Nan ZOU, Guolong LIANG. Detection of Unknown Line-spectrum Underwater Target Using Space-time Processing[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(7): 1682-1689. doi: 10.11999/JEIT180796
Citation: Yilin WANG, Shilong MA, Nan ZOU, Guolong LIANG. Detection of Unknown Line-spectrum Underwater Target Using Space-time Processing[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(7): 1682-1689. doi: 10.11999/JEIT180796

时空域联合的水下未知线谱目标检测方法

doi: 10.11999/JEIT180796
基金项目: 国家重点研发计划(2016YFC1400101),国家自然科学基金(11504064),黑龙江省归国人员科学基金 (JJ2016LX0051)
详细信息
    作者简介:

    王逸林:男,1979年生,研究员,博士生导师,研究方向为水声信号处理、水下声信号被动探测等

    马世龙:男,1987年生,博士生,研究方向为阵列信号处理、水下目标被动探测

    邹男:男,1986年生,讲师,硕士生导师,研究方向为水声信号处理、水下目标被动探测等

    梁国龙:男,1964年生,教授,博士生导师,研究方向为水声信号处理、水下目标被动探测等

    通讯作者:

    邹男 zounan@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TB566

Detection of Unknown Line-spectrum Underwater Target Using Space-time Processing

Funds: The National Key R&D Plan(2016YFC1400101), The National Natural Science Foundation of China (11504064), Heilongjiang Provience Scientific Research Foundation for Returned Scholars (JJ2016LX0051)
  • 摘要: 水下线谱目标被动检测中,目标辐射线谱信号的方位、频率、个数等信息通常未知,且线谱检测性能容易受到宽带干扰及背景噪声的影响。针对此问题,该文提出一种时空域联合的未知线谱目标检测方法(STJD)。首先,利用线谱信号的相干特性,构建了一种能够自主匹配未知线谱信号的时空域联合滤波器,用以滤除接收信号中的宽带背景干扰及噪声。之后,对滤波信号进行常规频域波束形成得到空时2维波束输出,其具有相对纯净的线谱谱峰。在此基础上提取线谱并利用线谱信息计算空间方位谱,进而实现对线谱目标的检测。理论推导及仿真结果表明该文方法能够对未知线谱信号进行最小均方误差意义下的时空滤波,并能充分地利用线谱信息进行线谱目标的被动检测。与已有基于线谱特征的线谱目标检测方法相比,该文方法对信噪比(SNR)的要求较低,在多目标、多线谱等复杂情况下具有较好的线谱目标检测性能。
  • 图  1  阵列接收信号示意图

    图  2  $i $ 路时空2维线谱增强器结构图

    图  3  时空域联合的水下未知线谱目标检测方法框图

    图  4  时空滤波前后的方位频率2维波束输出

    图  5  信噪比为–20 dB时各方法波束输出

    图  6  信噪比为–30 dB时各方法波束输出

    图  7  多目标多线谱情况下各方法性能对比

    图  8  不同SNR下的各方法ROC曲线

  • WITTEKIND D K. A simple model for the underwater noise source level of ships[J]. Journal of Ship Production and Design, 2014, 30(1): 7–14. doi: 10.5957/JSPD.30.1.120052
    WANG Yilin, MA Shilong, FAN Zhan, et al. Robust DFT-based generalised likelihood ratio test for underwater tone detection[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2017, 11(12): 1845–1853. doi: 10.1049/iet-rsn.2017.0135
    罗斌, 王茂法, 王世闯. 一种高效的弱目标线谱检测算法[J]. 声学技术, 2017, 36(2): 171–176. doi: 10.16300/j.cnki.1000-3630.2017.02.013

    LUO Bin, WANG Maofa, and WANG Shichuang. A highly efficient weak target line-spectrum detection algorithm[J]. Technical Acoustics, 2017, 36(2): 171–176. doi: 10.16300/j.cnki.1000-3630.2017.02.013
    陈志菲, 孙进才, 侯宏. 宽带DOA估计的类MUSIC波束形成算法[J]. 电子学报, 2011, 39(6): 1257–1260.

    CHEN Zhifei, SUN Jincai, and HOU Hong. MUSIC-like beamforming method for wideband DOA estimation[J]. Acta Electronica Sinica, 2011, 39(6): 1257–1260.
    陈阳, 王自娟, 朱代柱, 等. 一种基于频率方差加权的线谱目标检测方法[J]. 声学学报, 2010, 35(1): 76–80. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2010.01.008

    CHEN Yang, WANG Zijuan, ZHU Daizhu, et al. A detecting method for line-spectrum target based on variance-of-frequency weight[J]. Acta Acustica, 2010, 35(1): 76–80. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2010.01.008
    戴文舒, 陈新华, 孙长瑜, 等. 自适应Alpha-beta修正的线谱检测后置处理方法[J]. 电子与信息学报, 2014, 36(10): 2419–2424.

    DAI Wenshu, CHEN Xinhua, SUN Changyu, et al. A post-processing method for line spectrum detection corrected by adaptive alpha-beta filter[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2014, 36(10): 2419–2424.
    陈新华, 鲍习中, 李启虎, 等. 水下声信号未知频率的目标检测方法研究[J]. 兵工学报, 2012, 33(4): 471–175.

    CHEN Xinhua, BAO Xizhong, LI Qihu, et al. Research on detection of underwater acoustic signal with unknown frequency[J]. Acta Armamentarii, 2012, 33(4): 471–175.
    郑恩明, 陈新华, 孙长瑜. 基于幅值加权的未知线谱目标检测方法[J]. 振动与冲击, 2014, 33(16): 160–164. doi: 10.13465/j.cnki.jvs.2014.16.029

    ZHENG Enming, CHEN Xinhua, and SUN Changyu. Unknown target detection method based on weighted amplitude[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(16): 160–164. doi: 10.13465/j.cnki.jvs.2014.16.029
    梁国龙, 赵文彬, 付进. 一种降维空域滤波矩阵的设计方法[J]. 电子学报, 2017, 45(2): 417–423. doi: 10.3969/j.issn.0372-2112.2017.02.021

    LIANG Guolong, ZHAO Wenbin, and FU Jin. Spatial matrix filter with dimension reduction design[J]. Acta Electronica Sinica, 2017, 45(2): 417–423. doi: 10.3969/j.issn.0372-2112.2017.02.021
    韩东, 章新华, 孙瑜. 宽带最优空域矩阵滤波器设计[J]. 声学学报, 2011, 36(4): 405–411. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2011.04.005

    HAN Dong, ZHANG Xinhua, and SUN Yu. Design of optimal broad band spatial matrix filter[J]. Acta Acustica, 2011, 36(4): 405–411. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2011.04.005
    WIDROW B, GLOVER J R, MCCOOL J M, et al. Adaptive noise cancelling: Principles and applications[J]. Proceedings of the IEEE, 1975, 63(12): 1692–1716. doi: 10.1109/PROC.1975.10036
    ZEIDLER J, SATORIUS E, CHABRIES D, et al. Adaptive enhancement of multiple sinusoids in uncorrelated noise[J]. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1978, 26(3): 240–254. doi: 10.1109/TASSP.1978.1163074
    RICKARD J and ZEIDLER J. Second-order output statistics of the adaptive line enhancer[J]. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1979, 27(1): 31–39. doi: 10.1109/TASSP.1979.1163203
    郑兆宁, 向大威. 水声信号被动检测与参数估计理论[M]. 北京: 科学出版社, 1983: 528–582.

    ZHENG Zhaoning and XIANG Dawei. Underwater Acoustic Signal Passive Detection and Parameter Estimation Theory[M]. Beijing: Science Press, 1983: 528–582.
    WEN Pengwei and ZHANG Jiashu. A novel variable step-size normalized subband adaptive filter based on mixed error cost function[J]. Signal Processing, 2017, 138: 48–52. doi: 10.1016/j.sigpro.2017.01.023
    SHEN Zijie, HUANG Tianmin, and ZHOU Kun. L0-norm constraint normalized logarithmic subband adaptive filter algorithm[J]. Signal, Image and Video Processing, 2018, 12(5): 861–868. doi: 10.1007/s11760-017-1230-4
    YU Yi, ZHAO Haiquan, and CHEN Badong. Set-membership improved normalised subband adaptive filter algorithms for acoustic echo cancellation[J]. IET Signal Processing, 2018, 12(1): 42–50. doi: 10.1049/iet-spr.2017.0131
  • 加载中
图(8)
计量
  • 文章访问数:  2456
  • HTML全文浏览量:  593
  • PDF下载量:  113
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-16
  • 修回日期:  2019-02-26
  • 网络出版日期:  2019-03-23
  • 刊出日期:  2019-07-01

目录

    /

    返回文章
    返回