單通道盲源分離及其在水聲信號處理中的應(yīng)用研究

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1、哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文單通道盲源分離及其在水聲信號處理中的應(yīng)用研究姓名：劉佳申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：水聲工程指導(dǎo)教師：楊士莪20110605 摘要多干擾源背景下的目標探測一直是水聲被動信號處理中重要的研究內(nèi)容。盲源分離算法不需要過多的先驗知識，可以儀利用接收信號估計源信號，適用于接收信號中存在多干擾源的被動信號處理。常規(guī)的盲源分離算法大都是適用于多觀測通道的陣列信號處理方法，然而實際中有時存在僅有單觀測通道的極端情況，此時基于矩陣運算的常規(guī)盲源分離算法將會失效，為此，論文研究了單通道盲源分離算法及其在水聲信號處理中的

2、應(yīng)用。論文首先重點研究適用于源信號瞬時混合情況的單通道盲源分離算法。以解決單通道欠定問題為目的，從通道擴展的思路出發(fā)，研究三種單通道盲源分離算法：將單觀測通道信號延時和濾波的方法構(gòu)造虛擬通道，使單通道轉(zhuǎn)化為多通道，以實現(xiàn)單通道的盲源分離。仿真及實驗數(shù)據(jù)分析的結(jié)果顯示，該方法能在一定程度上利用單觀測通道數(shù)據(jù)將海洋環(huán)境噪聲與船舶輻射噪聲分離，實驗數(shù)據(jù)分析同時表明該方法對雙目標船的分離也有一定效果。??子空間分解技術(shù)的單通道盲源分離方法。該方法采用??算法對信號在固有模態(tài)子空間上進行分解，利用分解得到的固有模態(tài)函數(shù)作為輸入矩陣

3、，實現(xiàn)盲源分離。該方法結(jié)合了??算法與盲源分離算法的優(yōu)點，對頻帶有交疊的源信號分離有一定效果，更適合非平穩(wěn)信號處理，同時具有較好的抗瞬態(tài)干擾性。仿真及實測數(shù)據(jù)分析表明，該算法適用于水聲信號處理，分離性能較為穩(wěn)定。通過大連海域的實驗數(shù)據(jù)處理表明，該算法能夠在復(fù)雜的背景干擾下較為有效地分離出船舶輻射噪聲信號，從而提高了接收信號的信噪比，增強了探測設(shè)備對目標的檢測能力，該方法為水下聲源激發(fā)的地震波信號提供了一種有效的處理方法。源分離算法中。在采樣率足夠的條件下，通過對接收信號進行間隔抽樣以構(gòu)建新的接收矩陣，以解決單通道的欠定問

4、題。仿真及實測數(shù)據(jù)的分析表明，該方法對水聲信號具有良好的分離性能。該方法簡單易行，沒有過多需要調(diào)節(jié)的參數(shù)。論文第一部分主要針對單通道帶來的欠定問題，提出了三種解決方法。然而實際中當聲波在水中傳播時通常會受到多途的影響，這會降低單通道盲源分離算法的性能，影響實際應(yīng)用效果。針對這一問題，論文研究了多途條件下的單通道盲源分離算法。為最大程度地利用多途的能量，論文提出將多途聚焦與盲源分離算法相結(jié)合進行處理，通過多途聚焦可以實現(xiàn)多途信號的同相疊加，改善源信號的分離效果。文中首先研 究基于自相關(guān)的單通道盲源分離方法，該方法適用于具有

5、較寬頻帶的信號，仿真和實測數(shù)據(jù)分析表明，基于自相關(guān)的單通道盲源分離方法能夠，將多途聚焦與盲源分離算法相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)多途信號的有效疊加，提高信噪比、改善源信號的分離效果。針對源信號中存在線譜干擾時自相關(guān)法無法估計多途結(jié)構(gòu)的問題，論文中引入倒譜估計技術(shù)，并提出了改進的倒譜估計方法以抑制隨機干擾。仿真分析及實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，基于倒譜估計的單通道盲源分離方法能夠?qū)崿F(xiàn)多途聚焦，提高目標信號的分離性能，同時該方法對低頻線譜特征明顯的船舶輻射噪聲具有較好的適用性。論文針對單通道的欠定問題，研究了適用于水聲信號的單通道盲源分離算法

6、，實驗數(shù)據(jù)處理驗證了算法能夠在多干擾源背景下從觀測數(shù)據(jù)中分離出目標信號，有助于實現(xiàn)水下目標的有效探測。同時方法可以簡化水聲測量設(shè)備，降低聲納系統(tǒng)的復(fù)雜度，在許多不具備安裝傳感器陣列的環(huán)境下，該方法具有明顯的優(yōu)勢。研究成果可望應(yīng)用于海洋動力監(jiān)測、聲納被動信號處理等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：單通道盲源分離；通道擴展；總體經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解；多途聚焦 ??????????????????????????????????????????????痶???????????????????????????????????????????????????

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