[发明专利]一种舰船辐射噪声检测方法

说明书

本发明提供了一种舰船辐射噪声检测方法，涉及信息信号处理领域，提出一种基于时域混沌成分差异的舰船辐射噪声检测方法，采用了Duffing振子检测系统及统计复杂度参数表征，得到了缺少先验信息的水下低信噪比舰船目标检测的技术效果，并实现了嵌入式表征，海上目标监测及嵌入式无人海上预警等具有重要参考价值。

技术领域

本发明涉及信息信号处理领域，尤其是一种噪声监测方法。

背景技术

进入二十一世纪，世界各国均加强了对海洋领土的监管和控制，领海中的资源将在不远的未来对本国的发展起到至关重要的作用。要及时有效地检测和识别别国舰船是至关重要的一环。同时，准确地检测到远距离下的舰船也是非常重要的研究方向，因而，海洋环境下远距离舰船的检测和识别具有巨大的研究价值和意义。

对较远距离舰船的检测主要是通过检测舰船辐射噪声来实现，舰船辐射噪声具有特殊的线谱和连续谱组成的频谱，通过提取线谱和连续谱的特征可实现舰船辐射噪声的检测。基本思路之一为检测舰船辐射噪声中的线谱分量频率峰值来实现目标的检测。其中常用的自相关检测方法、快速傅里叶变换方法、自适应线谱增强方法需要对线谱频率峰值进行搜索，得到线谱先验信息，无此先验信息时，结果会受到很大的影响，这种搜索过程很大程度上依赖于经验。同时，由于舰船声隐身技术的高速发展，机械设备主动隔振、主动约束阻尼、声学智能结构等技术的陆续应用，舰船辐射噪声的线谱得到了很好的控制，线谱的幅值变得很小、能量大幅度降低、甚至数量可控。

连续谱是舰船辐射噪声频谱的另一重要特征和组成部分，时域具有单独的谱峰。基于连续谱的检测一般基于时域谱峰的能量，而基于能量的检测方法，在远距离下结果会受到较大影响。连续谱分量声压级也与海洋环境噪声声压级更加接近。同时，在声呐监测过程中，远距离下的目标舰船可得先验知识非常有限，线谱频率和数目以及相应的变化等无法确定。海洋环境噪声的复杂性也影响着舰船辐射噪声连续谱分量。使得利用常规方法很难实现远距离下舰船目标的有效检测。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对常规方法依赖先验信息、在远距离低信噪比下效果变差、海洋环境噪声假设不准确等问题，本发明提出一种基于时域混沌成分差异的舰船辐射噪声检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

第一步：利用声呐采集海洋中的声信号，记为g(t)，即为输入信号；

第二步：构造信号检测输入系统

利用Duffing振子检测系统，系统公式为：

其中，式中x、y为系统输出，分别x、y的导数，k为阻尼系数，-αx+βx³为非线性恢复力，α、β为非线性恢复力系数，rcos(ωt)为内策动力，ω为内策动力频率，r为内策动力幅值，g(t)为输入信号，参数设置为k＝0.5,α＝1,β＝1,ω＝1，利用Melnikov方法取r＝0.8，使系统处于混沌临界状态；

Duffing振子系统初始状态为

第三步：将第一步中的信号g(t)输入到第二步中的式(1)中，利用四阶自适应步长龙格库塔方法对公式(1)进行求解，初值定为(1,1)，得出系统方程解(x,y)，其中x,y均为向量，以方程解中的x为横轴，y为纵轴，得到输出数据的相空间图形；

输入信号同时含有单频信号、混沌特性信号和高斯噪声信号，即

其中s₁(t)＝Acos(ωt)，A为输入信号幅值，s₂(t)为一种或多种混沌特性信号的和，s₃(t)为高斯白噪声信号或色噪声信号，其中ξ,ζ,为0或1，且ξ,ζ,不同时为零；