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基于变换域的水下弱信号检测方法研究

基于变换域的水下弱信号检测方法研究

作者：李浩哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

判断信号有无的二元检测是水下探测的重要研究内容之一,由于水下信道的时变性以及各种海洋环境噪声,接收端接收到的信号常常淹没在各种噪声及干扰中,给目标信号检测带来很大的难题。本文主要针对盲检测中同频带强干扰、低信噪比下的弱... 详细信息

判断信号有无的二元检测是水下探测的重要研究内容之一,由于水下信道的时变性以及各种海洋环境噪声,接收端接收到的信号常常淹没在各种噪声及干扰中,给目标信号检测带来很大的难题。本文主要针对盲检测中同频带强干扰、低信噪比下的弱信号检测问题展开研究。本文首先对应用较为广泛的三种检测算法进行了介绍。对能量检测法、熵检测法以及基于双谱的检测方法原理进行研究;由于单频信号及线性调频信号在水下通信、定位中广泛的应用,所以以他们为研究对象仿真对比了各检测方法在不同信噪比下的检测性能差别,分析了同频干扰及多径效应对检测产生的影响。针对经典检测算法不能抑制同频干扰影响的问题,利用干扰与信号的空间稀疏性,将具有空域滤波能力的宽带波束形成器与盲检测方法相结合,提高对弱信号的检测能力。介绍了空域滤波器的设计原理,分析对比了时域、频域波束形成器的性能差别;研究了基于时域的恒定束宽FIR波束形成器,避免了常规宽带波束形成器导致宽带信号畸变的问题;为进一步抑制干扰,讨论了两种不同的零陷形成方法并对比了它们的性能差别及适用条件;研究了一种基于波束域的水下弱信号检测方案,分析了其对不同类型信号的检测性能。利用变分模态分解(VMD)可以自适应分解出多个分量的特点,研究了基于VMD的水下弱信号检测方法。介绍了VMD分解方法原理并提出一种参数优化的方法,结合第二代小波降噪(SGWT),研究两种基于VMD的检测方法:一种是选择适应度函数值最小的分量进行检测,另一种通过适应度函数值将多个分量分类,然后经过SGWT降噪后重构信号进行检测。仿真分析了两种检测方法对单频信号与线性调频信号的检测性能。分析了多径效应对门限选择的影响,介绍了常用的单门限与多门限设计方法;基于湖试数据验证了变换域信号检测算法的检测性能。通过实验结果得出:空域滤波可以抑制非信号方向的噪声,对能量检测及熵检测的性能均有提升,检测信号类型对其影响较小;而组合VMD-SGWT能量检测法的检测性能优于熵检测法;波束域组合VMD-SGWT能量检测法性能最佳,对噪声的抑制能力最好。

关键词：变分模态分解第二代小波变换宽带波束形成器弱信号检测

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基于小波分析的多普勒弱信号检测方法

探测与控制学报 2008年第1期30卷 48-52页

作者：乔飞杨小军马岸英西安机电信息研究所陕西西安710065

针对低信噪比强杂波背景下连续多普勒弱信号检测的问题,提出了一种基于小波分析方法的弱信号检测算法。利用这种基于小波函数为sym5的五层小波分解算法,可提取出连续多普勒弱信号的联合时频特征值,从而实现目标信号的检测。并通过使用... 详细信息

针对低信噪比强杂波背景下连续多普勒弱信号检测的问题,提出了一种基于小波分析方法的弱信号检测算法。利用这种基于小波函数为sym5的五层小波分解算法,可提取出连续多普勒弱信号的联合时频特征值,从而实现目标信号的检测。并通过使用时域、短时傅立叶和小波分析三种算法对拟合数据进行仿真,得到三种算法在不同信噪比下的检测性能对比及定性分析,证明了小波分析算法的有效性。

关键词：无线电引信弱信号检测特征提取时频分析方法小波分析

基于盘绕结构梯度声栅的声学增强与弱信号检测研究

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基于盘绕结构梯度声栅的声学增强与弱信号检测研究

作者：褚悦湖南大学

学位级别：硕士

弱信号的提取和检测广泛应用在日常生活与军事工业领域,具有十分重要的研究意义。在实际的工业生产中,我们所需要的有用信号通常是很弱的,极易被其他信号分量或复杂背景噪声干扰,大大增加了微弱声音信号检测与提取的难度。而传统的弱信... 详细信息

弱信号的提取和检测广泛应用在日常生活与军事工业领域,具有十分重要的研究意义。在实际的工业生产中,我们所需要的有用信号通常是很弱的,极易被其他信号分量或复杂背景噪声干扰,大大增加了微弱声音信号检测与提取的难度。而传统的弱信号检测方法通过滤除噪声来识别微弱信号,但在滤除噪声的同时,也会削弱有用信号,极大地影响了微弱信号的检测效果。盘绕型声学超材料是一种通过盘绕折叠来实现超慢声速与高折射率的声学超材料,其特殊的结构特点使材料具有优良的滤波特性和声能量增强特性,可同时实现特定频率或频带的滤波和声学增强。许多研究表明,应用盘绕型声学超材料特殊的声学特性,可以为微弱故障信号检测问题的解决提供一种新的思路。为了实现较宽频段的滤波与声学增强,进一步丰富弱信号检测的理论方法,本文基于盘绕型声学超材料的作用机理,设计了一种盘绕结构梯度声栅,并在此基础上提出了一种基于盘绕结构梯度声栅的弱信号检测方法。论文的主要研究工作如下:(1)盘绕结构梯度声栅的设计与分析基于盘绕型声学超材料声学增强原理,设计了一种锯齿形路径的盘绕结构梯度声栅,并根据有限元理论建立了声场有限元模型,计算了盘绕结构梯度声栅的声压场,验证了盘绕结构梯度声栅优良的分频滤波特性与声学增强性能。(2)盘绕结构梯度声栅的结构优化计算了盘绕结构梯度声栅在不同结构参数值下的声压场,通过分析不同结构参数值下盘绕结构梯度声栅的最大声压增益及最大声压增益频率,得到了沟槽宽度、梯度分级声栅厚度与盘绕结构薄板长度、厚度和间距这五个参数及结构缩放系数对声学增强性能的影响曲线,确定了盘绕结构梯度声栅的优化结构参数取值。(3)基于盘绕结构梯度声栅的弱信号检测针对弱信号提取检测困难的问题,提出了一种基于盘绕结构梯度声栅的弱信号检测方法;分别计算了盘绕结构梯度声栅在弱谐波信号与周期性冲击信号下的声压场,验证了其对弱谐波信号与周期性冲击信号检测的有效性,进一步丰富了弱信号检测的理论方法。(4)基于盘绕结构梯度声栅的弱信号检测实验根据仿真结果进行了基于盘绕结构梯度声栅的弱信号检测实验,测试了不同信噪比下盘绕结构梯度声栅对弱谐波信号与周期性冲击信号的放大效果,计算了声压增益与信噪比增益,实验结果验证了盘绕结构梯度声栅对弱谐波信号与周期性冲击信号检测的有效性。仿真与实验结果表明,盘绕结构梯度声栅具有优良的分频滤波特性与声学增强性能,能够有效实现微弱声音信号的声增强检测。这些研究丰富了弱信号检测方法,也为盘绕型声学超材料的应用提供了有效途径。

关键词：盘绕型声学超材料声学增强滤波分频弱信号检测

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调制光反射（MPR）技术用于弱信号检测

数据采集与处理 1998年第A10期13卷 132-134页

作者：董绵豫张淑仪浙江大学物理系

当一束周期性调制的泵浦光入射到被测样品表面上时，样品吸收光能，在样品内部形成热波，导致样品表面温度的周期变化，使样品表面的光学反射率也发生周期性的变化。

关键词： GaP:N 半导体材料调制光反射弱信号检测

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基于混沌理论的弱信号检测研究

基于混沌理论的弱信号检测研究

作者：刘雪峰新疆大学

学位级别：硕士

科学技术在不断地进步,人们对未知领域的探求也在不断深入,这些都使信号的检测变得迫切。随着生物学领域、电子科学领域、控制领域等学科的不断发展,其对信号检测的下限提出更高的要求。信号检测这门学科研究的是如何从噪声中提取出对... 详细信息

科学技术在不断地进步,人们对未知领域的探求也在不断深入,这些都使信号的检测变得迫切。随着生物学领域、电子科学领域、控制领域等学科的不断发展,其对信号检测的下限提出更高的要求。信号检测这门学科研究的是如何从噪声中提取出对我们有用的信息,而测量技术的关键领域在于掌握噪声中的弱信号检测的原理及其方法。基于混沌理论的弱信号检测方法,因混沌动力学行为对小信号敏感,对噪声具有一定的抑制能力,自提出以来就受到广泛关注。本文分析了4种混沌阵子的动力学行为,并针对Holmes型Duffing阵子,利用梅尔尼科夫方法详细进行了混沌判据的相关分析。并介绍了Holmes型Duffing阵子检测弱信号幅值、频率、相位的原理,同时进行了计算机仿真,仿真实例也证明了混沌理论用于弱信号检测的有效性。之后,利用LabVIEW开发了一套基于混沌理论的弱信号幅值检测系统。该系统界面友好,操作方便,实现简单,具有一定的实际应用价值。因为混沌信号很容易淹没在噪声当中,所以有用弱信号的提取就显得非常重要。小波方法属于多分辨率分析方法,此方法“既能看到森林,又能看到树木”,对淹没在噪声中的弱信号的提取极为有利。本文通过小波变换实现了混沌信号的提取,并进行了实例的仿真,仿真也验证了小波变换用于弱信号提取的有效性。同时本文利用LabVIEW开发了一套基于小波变换的混沌信号提取系统,此系统可以为弱信号幅值检测系统提供一个较为“干净”的待测信号。最后,本文对实验室的恒温水槽温度进行了基于混沌方法的模拟检测,检测结果也进一步验证了混沌理论用于弱信号检测的有效性,且它的成功检测对于该检测系统应用于实际工程项目具有一定的借鉴意义。

关键词：混沌理论弱信号检测 Duffing阵子 LabVIEW

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无线电频谱监测中的弱信号检测与分离

无线电频谱监测中的弱信号检测与分离

作者：杨建辉兰州交通大学

学位级别：硕士

无线电频谱管理在当今无线通信中日益重要，频谱管理是整个无线电管理中的一个核心环节。有效利用紧张的频谱资源，合理优化各行业的频谱利用率，避免频谱浪费及非法使用频谱已迫在眉睫。在无线电频谱监测管理中，弱信号的存在给监测管... 详细信息

无线电频谱管理在当今无线通信中日益重要，频谱管理是整个无线电管理中的一个核心环节。有效利用紧张的频谱资源，合理优化各行业的频谱利用率，避免频谱浪费及非法使用频谱已迫在眉睫。在无线电频谱监测管理中，弱信号的存在给监测管理工作带来一定阻碍。由于弱信号具有较大的隐蔽性，当在噪声或强信号覆盖下时，很难被及时发现。因此弱信号的检测与分离问题对无线电频谱监测管理有重要的意义。本文在已搭建硬件平台基础上，利用LabWindows/CVI软件对接收的时域信号进行频谱转换，在频域分析信号及进行弱信号的检测提取。根据弱信号的存在背景，主要讨论被噪声淹没和强信号附近的弱信号检测问题。 (1)根据噪声所具有的特殊统计特性，采用时域叠加法和频域叠加法，经多次叠加抵消噪声以突显弱信号。算法实现中，提出改进的迭代叠加算法提高程序运行效率，采取先仿真后移植的设计思路。 (2)当两个或多个离的较近信号存在时，传统的FFT变换具有较低的频谱分辨率，容易形成一个谱包，很难分辨出弱信号。课题尝试采用AR线性预测模型来提高频谱分辨率，其中AR模型阶数的选择，是整个预测过程中的一个关键环节。在检测到某频点处存在弱信号时，进一步研究多信号分类(MUSIC)算法，利用该算法的测向优势，构造信号的空间向量并进行特征分解，检测同一频点上弱信号的个数及来波方向，避免造成弱信号个数的遗漏。由Matlab及LabWindows/CVI仿真结果可知，改进的迭代叠加算法对抵消噪声有较好的效果，能够明显突显弱信号。AR法和MUSIC法结合使用，对于提高频谱分辨率及检测来波弱信号的个数，具有较好的效果。此外，经多次仿真结果表明，AR模型中较佳阶数的选择受信号个数、噪声幅度等多个因素的影响。将算法移植到已搭建的硬件环境，实际算法验证表明：对噪声下的弱信号检测问题，提出改进的时域叠加和频域叠加算法简单可行，能够明显发现弱小信号，且频域叠加法效果更佳。AR模型验证实际接收数据，当阶数选择合适时，能极大提高频谱分辨率，分离出靠的近的强弱信号。

关键词：弱信号检测时域频域叠加改进迭代叠加 AR模型 MUSIC算法

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高密度地震资料弱信号检测与去噪方法研究

高密度地震资料弱信号检测与去噪方法研究

作者：梁晓腾中国石油大学

学位级别：硕士

随着地震仪器的不断革新发展,单点高密度地震勘探技术成为近年来国内外发展较快的物探技术之一。高密度地震资料具有信号频带宽、波场信息丰富、忠实于地下最真实反射信息的优点,但同时也记录了大量的噪声,存在着信噪比低的问题。所以,... 详细信息

随着地震仪器的不断革新发展,单点高密度地震勘探技术成为近年来国内外发展较快的物探技术之一。高密度地震资料具有信号频带宽、波场信息丰富、忠实于地下最真实反射信息的优点,但同时也记录了大量的噪声,存在着信噪比低的问题。所以,进行地震资料中的弱信号检测和去噪方法的研究,对于充分发挥高密度资料的优势有着十分重要的意义。本文首先介绍了高密度地震技术及相应处理技术的国内外研究现状;然后分析了单点数字检波器的技术特点和工作原理,得出与模拟检波器相比其具有动态范围大、信号接收无畸变的特性;针对高密度空间采集技术的技术特点,总结出了高密度采集系统需要满足时间空间采样定理、面元尺寸及炮检距三项基本要求,并分析了道间距变化对假频问题的影响。针对高密度地震资料进行了基于相关性、混沌理论和随机共振三种弱信号检测方法的研究。以实际资料为例,利用相关性检测的方法检测出了陆地高密度资料中的微弱多次波,以层间多次波为主;利用混沌振子法进行单频信号的检测试验,采用了Lyapunov指数判定方式,效果较好,并对检测地震信号进行了初步研究;随机共振检测法利用噪声的能量进行信号检测,最终将它推广到了具有一定带宽的地震信号检测中,通过对薄互层的模型分析,成功的检测到了常规频谱检测法所不能解决的问题。关于高密度资料去噪的研究,选择了SVD压噪、矢量滤波和Curvelet去噪三种研究方法。提出了利用能量比率法用来自动选择奇异值的个数,结合了二进小波分频和小窗口SVD的来进行线性干扰波的压制,其效果优于FK压噪法,并且对动校正后信噪比低至0.5的资料也可以进行随机噪声的压制,保幅性较好;将基于多道相似原理的矢量滤波,应用在叠后资料或者界面弯曲不大的资料中时对随机噪声的处理效果较好,但对相干干扰却无能为力,因此需要进一步的研究;利用Curvelet变换对信噪比小于1的资料仍然适用,并且具有很好的保幅性;对实际资料的处理看出,选取的门槛值为最大振幅的6～7%时效果最好,Curvelet变换是较新的一种去噪方法,利用不同的阈值法进行去噪分析,保幅效果好,是一种值得深入研究的方法;最后进行了基于GUI环境的地震弱信号检测与去噪模块的软件开发。

关键词：数字检波器弱信号检测混沌随机共振奇异值分解曲波变换

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用于多波束引导系统的弱信号检测及工程实现

用于多波束引导系统的弱信号检测及工程实现

作者：宫延云西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着远程预警和空间探测技术的不断发展，弱信号检测，即低信噪比信号检测成为目标检测、跟踪的一个重要研究方向。本论文是基于某多波束弱信号检测系统，对阵列接收到的低信噪比目标进行检测、跟踪，并开发了相应的基于FPGA的片上系... 详细信息

随着远程预警和空间探测技术的不断发展，弱信号检测，即低信噪比信号检测成为目标检测、跟踪的一个重要研究方向。本论文是基于某多波束弱信号检测系统，对阵列接收到的低信噪比目标进行检测、跟踪，并开发了相应的基于FPGA的片上系统，完成了弱信号检测。本论文主要研究内容如下： 1.介绍了弱信号检测理论的研究背景，然后给出了五种弱信号检测方法，并基于matlab平台分别进行了仿真实验和性能分析。 2.在理论上研究了恒虚警理论及其FPGA实现原理，对五种检测方法分别进行了恒虚警检测及FPGA实现。 3.重点分析了多波束弱信号检测和引导系统的总体硬件结构，并针对实际实验环境进行了算法方案及实际系统实现构架上的改进，采用最小二乘算法实现了对目标的跟踪。此外还给出了FPGA设计及应用过程中遇到的问题及解决方法和注意事项。通过方案设计、硬件搭建及调试，论证了基于FPGA的弱信号检测和引导系统的可行性和实用性，对工程生产具有借鉴作用。

关键词：弱信号检测恒虚警最小二乘目标引导现场可编程逻辑器件

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弱信号检测领域中随机共振的理论及应用研究

信息技术 2009年第1期33卷 35-38页

作者：高雯高宝成祖世强北京邮电大学自动化学院北京100876 中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司采油工艺研究院任丘062552

随机共振(SR)是指在一定的非线性条件下,由弱周期信号和噪声(随机干扰)合作而导致的系统强周期输出的现象。介绍了随机共振的起源和绝热近似理论、本征值理论、非周期理论、自适应理论等随机共振理论;提出了实验研究中常用的测度方法及... 详细信息

随机共振(SR)是指在一定的非线性条件下,由弱周期信号和噪声(随机干扰)合作而导致的系统强周期输出的现象。介绍了随机共振的起源和绝热近似理论、本征值理论、非周期理论、自适应理论等随机共振理论;提出了实验研究中常用的测度方法及指标,并介绍了近年来国内外各个领域利用随机共振检测弱信号的应用研究实例。最后对随机共振的研究进展做了概括分析。

关键词：随机共振弱信号检测非线性系统