[发明专利]一种多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法

说明书

本发明公开了一种多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法，解决了现有技术中随机共振的系统结构参数和计算步长选取难的问题。实现步骤为：确定随机共振系统多参数的搜索范围和搜索精度；二进制编码；初始化种群；确定初始化种群中个体选次数；交叉运算；变异运算；二进制解码；接收机接收水声信号；计算适应度值；输出判决。本发明将输出信噪比增益和误比特率作为适应度函数，用遗传算法对随机共振结构参数和计算步长进行自适应调整，最优地检测出近海水下复杂信道下的微弱水声信号。本发明大幅度提高了输出信号的信噪比增益，降低了误比特率，用于近海水下通信中水声信号检测。

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及水声信号检测，具体是一种多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法，可用于提高近海水下通信中水声信号检测性能。

通过随机共振系统结构参数a、b和计算步长h多参数联合优化方法。

背景技术

海洋环境极其复杂，相对于水面和空中，透明度不高，水声通信是研制海洋观测系统的关键技术，也是水下无线通信中可实现远程信息传输的通信形式。为此，世界各国积极推进水下通信网络建设。通过可靠的通信链路构建分布自主式水下信息网络体系，实现对水下信息的广泛获取、自由联通、高度融合、交互共享和应用，可以采集有关海洋学的数据，监测环境污染，探查海底目标，以及远距离图像传输等科研活动。由于水声通信技术的敏感性以及巨大应用价值，国外长期将之列为禁止出口中国的高技术产品，目前仍严格控制。

由于浅海环境复杂，环境噪声使信噪比很低，水下通信技术的发展面临巨大困难。为了自适应的应对复杂多变的近海水下战场环境，检测微弱水声通信信号变得极为重要。近年来，众多学者提出了基于非线性随机共振的水声信号检测方法，在一定程度上克服传统线性检测方法在水下无法应用的缺陷，实现了水声信号在低信噪比条件下的可靠传输，保证了用水下通信在极端环境中的正常使用，对构建我国水下信息网络体系具有重要的理论价值和实际意义。

基于随机共振通信信号检测技术提出以来，得到众多学者专家的广泛关注。其中，基于自适应随机共振水声信号的检测基本原理是，根据近海水下复杂信道特点，自适应调节随机共振系统结构参数，使噪声、信号和随机共振系统产生共振特性，达到提高水下通信信号性能的目的。

在现有技术中，国防科技大学胡茑庆教授提出了基于单参数调整的机械故障检测，西安电子科技大学吴利平博士提出以输出信噪比为适应度函数对自适应随机共振系统结构参数a，b进行联合优化，对周期性正弦微弱信号进行检测。西安电子科技大学刘进博士根据输入通信信号的码元间隔和噪声强度对系统结构参数a，b进行尺度变换，实现自适应随机共振对通信信号的检测。天津大学王太勇教授提出了基于粒子群算法的自适应随机共振的滚动轴承内圈故障检测。

现有技术方法仅实现了系统结构参数的单参数结构优化或者是通过尺度变换对结构参数进行优化，并忽略计算步长对水声信号检测的影响，并没有完全实现随机共振优势，无法应用于近海水下通信中。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种提高信噪比的多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法。

本发明是一种多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法，其特征在于，应用于近海水下通信，随机共振描述的是非线性系统中内噪声或外噪声的存在可以增加系统输出的响应，用信号源产生矩形脉冲信号得到原始水声信号，通过水下潜艇接收端的通信接收机接收水声信号，包括有如下步骤：

(1)确定随机共振系统多参数的搜索范围和搜索精度：设置随机共振系统第一结构参数a、第二结构参数b以及计算步长h的大致搜索范围和搜索精度δ，其中a、b均为势函数参数。

(2)对第一结构参数a，第二结构参数b，计算步长h进行二进制编码：对随机共振系统结构参数a、b和计算步长h进行二进制编码,编码长度为l+k+j。