水聲目標特征提取方法

被動目標特征提取方法

在海洋環(huán)境中，目標輻射噪聲被水聲傳感器感知。特征提取利用傳感器獲取的時空采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理、特征變換、特征檢測和參數(shù)估計，給出水聲目標特征提取結(jié)果和相應(yīng)特征參數(shù)。

機械噪聲特征的提取

艦船的機械噪聲輻射信號具有近似平穩(wěn)的特性，功率譜分析成為最常用的機械噪聲分析手段?；谀繕嗽肼暜a(chǎn)生機理、特征表征和功率譜分析可以構(gòu)造多個識別特征量，包括個體線譜分布、功率譜線譜連續(xù)譜能量相對分布、連續(xù)譜能量分布、線譜能量分布、特定頻段線譜數(shù)量、諧波特征和線譜的波動特征等。

由于艦船輻射噪聲源狀態(tài)變化、目標運動等因素的影響，也使得信號特征存在時變特性。LOFAR?分析實際上蘊含了序貫檢測的思想——它利用輻射噪聲功率譜在時間上的累積效應(yīng)，以觀測時間的增加減小干擾的影響。通過?LOFAR?分析可以提高對弱線譜的提取能力，同時具備對時變線譜、瞬態(tài)信號的檢測提取能力。

此外，聽覺感知技術(shù)等仿生技術(shù)在水聲目標特征提取中也得到應(yīng)用。聽覺感知特征提取方法從聽覺的生理機制、耳蝸的頻率分解特性、掩蔽效應(yīng)、臨界帶寬及人耳感知聲音所表現(xiàn)出的聽覺特性出發(fā)，構(gòu)建基于響度、音調(diào)和音色等相應(yīng)聽覺特征，以期獲得接近聲吶員對聲音的良好辨識能力。

螺旋槳噪聲特征的提取

由于海洋中較強的低頻環(huán)境噪聲以及傳感器的工作頻段限制，難以直接利用時頻分析方法從艦船輻射噪聲中獲取螺旋槳結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)動節(jié)奏相關(guān)信息。DEMON?分析是獲取艦船螺旋槳特征的主要手段，其通過一組帶通濾波器覆蓋螺旋槳噪聲所在的頻段，將帶通信號做檢波處理并計算其低頻功率譜，得到信號的解調(diào)譜。對解調(diào)譜進行諧波檢測則可以提取到螺旋槳相關(guān)信息，包括螺旋槳的軸頻、葉片數(shù)和槳支數(shù)等。解調(diào)譜中還可以進一步挖掘線譜調(diào)制深度、調(diào)制載頻分布等特征信息，這些特征量反映出艦船目標螺旋槳的某些狀態(tài)，在機理和試驗的支持下，可作為目標分類識別特征。

DEMON?分析獲取的目標螺旋槳轉(zhuǎn)速和葉片數(shù)等信息是目標分類識別最重要的依據(jù)之一。但不同類型目標的槳葉數(shù)以及航行時螺旋槳轉(zhuǎn)速范圍存在交叉重疊，螺旋槳轉(zhuǎn)速和葉片數(shù)并不是目標分類識別的充分特征量。

目標的空間及行為特征的提取

目標的空間位置信息以及運動狀態(tài)是判斷目標類型，輔助判別目標意圖和態(tài)勢的良好信息源。

通過主動聲吶、被動測距聲吶或者其他傳感器信息可直接提供目標距離，解算并估計目標速度，進而估計目標加速度，判斷出目標的機動情況。

同時，對目標輻射噪聲信號的?LOFAR?分析和?DEMON?分析同樣也可獲得有關(guān)目標機動狀態(tài)的特征信息。如利用?LOFAR?譜中對條紋信息的檢測和提取，在海洋環(huán)境信息支持下，通過波導(dǎo)不變量的計算估計目標位置信息。

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