基于谐波集检测的飞行目标水下声探测算法研究
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目前关于被动声探测的研究多集中在同一种 介质内,如 空 气 介 质 中 的 声 探 测 或 海 水 介 质 中 的 水下声探测。 魏 丽 萍 等[1] 给 出 了 谐 波 集 ( HS) 检 测算法,并 成 功 地 对 实 测 的 空 气 中 直 升 机 声 信 号 进行了 HS 检测;马宁等[2] 提出了一种基于小波包 和神经网络的检测算法,可以较好地检测识别不 同型号的空气中直升机信号;Salloum 等[3] 开发并 建立了一个声学空气检测( AAD) 系统,实现了空 中目标的检测和跟踪,并对小型飞机、直升机和超 轻飞机进行了分类;周关林等[4] 提出随机共振水 声信号的检测,为检测水下微弱信号提出了新思 路。 关于空中飞行目标的水下声探测,即空气-水 跨界声探测问题的研究大多集中在空中声源激发的 水下声场理论建模方面,而空中目标的水下跨界检 测算法则研究很少。 例如:以色列研制了潜艇反直 升机和低空慢速飞行目标的声探测浮标[5] ,用于检 测海面上空目标的声信号;韩建辉等提出在水下检 测空中声源的平滑伪维格纳·维尔分布- 高度门限 ( SPWVD鄄HT) 算法[6] 、 双 谱 幂 次 法[7] , 但 所 检 测 声 信号均采用空中运动声源激发的水下声场建模仿真 信号。
摇 摇 收稿日期: 2018鄄07鄄11 基金项目: 近地面探测技术重点实验室基金项目(6142414040307) 作者简介: 穆森(1993—) , 男, 硕士研究生。 E鄄mail: 946071400@ qq. com 通信作者: 李京华(1964—) , 女, 教授, 博士生导师。 E鄄mail: ljhy6331@ nwpu. edu. cn
机。 水下单水听器接收的实测信号检测结果表明,对于巡航速度为 36 m / s 的螺旋桨飞机,探测距
离可以达到 2郾 48 km.
摇 摇 关键词: 螺旋桨飞机; 水下声探测; 谐波集; 自适应门限
摇 摇 中图分类号: TB566
文献标志码: A
文章编号: 1000鄄1093(2019)05鄄1050鄄08
MU Sen1,2 , LI Jinghua1 , ZHANG Heng3 , CHEN Guo2
(1郾 College of Electronic Information, Northwestern Polytechnical University, Xi蒺an 710072, Shaanxi, China; 2郾 Near Ground Detection Technology Laboratory, Army Research Institute, Wuxi 214035, Jiangsu, China;
摇 摇 摘要: 螺旋桨飞机以一定高度在水面上飞行时,其噪声谱中的线谱存在明显的谐波关系。 随
着噪声由空气入水的跨界传播以及水下传播环境的变化,谐波关系有减弱的趋势。 针对此问题,提
出了基于谐波集检测与最强谱线检测相结合的检测算法。 该算法采用门限调节因子来自适应地调
整检测门限,提高了远距离低信噪比情况下目标的探测性能,可以有效地在水下环境检测螺声探测算法研究
1051
0摇 引言
反潜直升机对于水下潜艇具有很大的威胁,为 了提高水下潜艇对抗反潜机的能力,有必要尽快解 决水下对空探测的技术问题。 反潜直升机飞行时, 旋翼辐射噪声的声波穿越空- 海界面入水后形成的 频谱具有谐波特性,为水下探测空中反潜飞机提供 了可行途径。
3郾 Yichang Institute of Testing Technology, Yichang 443003, Hubei, China)
Abstract: The line spectrum in noise spectrum has obvious harmonic relation when a propeller鄄driven air鄄 craft flies over the water surface at a certain height. With the cross鄄border propagation of noise from air to water and the change of underwater propagation environment, the harmonic relation tends to weaken. To solve this problem, an underwater acoustic detection algorithm based on the combination of harmonic set detection and strongest line detection is proposed, and the detection threshold is adaptively adjusted by u鄄 sing the threshold adjustment factor 琢, which improves the target detection performance under the condi鄄 tion of the low signal鄄to鄄noise ratio at a long distance and can effectively detect the propeller鄄driven air鄄 crafts in underwater environment. The detection results of the measured signals received by the single hy鄄 drophone in water show that the detection distance can reach 2郾 48 km for a propeller鄄driven aircraft with a cruise speed of 36 m / s. Keywords: propeller鄄driven aircraft; underwater acoustic detection; harmonic set; threshold adjustment factor
第 40 卷第 5 期 2 0 1 9年5月
兵工学报 ACTA ARMAMENTARII
Vol. 40 No. 5 May 2019
基于谐波集检测的飞行目标水下声探测算法研究
穆森1,2 , 李京华1 , 张恒3 , 陈果2
(1郾 西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710072; 2郾 陆军研究院 近地面探测技术实验室, 江苏 无锡 214035; 3郾 宜昌测试技术研究所, 湖北 宜昌 443003)
摇 摇 DOI: 10. 3969 / j. issn. 1000鄄1093. 2019. 05. 018
Research on Underwater Acoustic Detection Algorithm of Aerial Targets Based on Harmonic Set Detection
摇 摇 收稿日期: 2018鄄07鄄11 基金项目: 近地面探测技术重点实验室基金项目(6142414040307) 作者简介: 穆森(1993—) , 男, 硕士研究生。 E鄄mail: 946071400@ qq. com 通信作者: 李京华(1964—) , 女, 教授, 博士生导师。 E鄄mail: ljhy6331@ nwpu. edu. cn
机。 水下单水听器接收的实测信号检测结果表明,对于巡航速度为 36 m / s 的螺旋桨飞机,探测距
离可以达到 2郾 48 km.
摇 摇 关键词: 螺旋桨飞机; 水下声探测; 谐波集; 自适应门限
摇 摇 中图分类号: TB566
文献标志码: A
文章编号: 1000鄄1093(2019)05鄄1050鄄08
MU Sen1,2 , LI Jinghua1 , ZHANG Heng3 , CHEN Guo2
(1郾 College of Electronic Information, Northwestern Polytechnical University, Xi蒺an 710072, Shaanxi, China; 2郾 Near Ground Detection Technology Laboratory, Army Research Institute, Wuxi 214035, Jiangsu, China;
摇 摇 摘要: 螺旋桨飞机以一定高度在水面上飞行时,其噪声谱中的线谱存在明显的谐波关系。 随
着噪声由空气入水的跨界传播以及水下传播环境的变化,谐波关系有减弱的趋势。 针对此问题,提
出了基于谐波集检测与最强谱线检测相结合的检测算法。 该算法采用门限调节因子来自适应地调
整检测门限,提高了远距离低信噪比情况下目标的探测性能,可以有效地在水下环境检测螺声探测算法研究
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反潜直升机对于水下潜艇具有很大的威胁,为 了提高水下潜艇对抗反潜机的能力,有必要尽快解 决水下对空探测的技术问题。 反潜直升机飞行时, 旋翼辐射噪声的声波穿越空- 海界面入水后形成的 频谱具有谐波特性,为水下探测空中反潜飞机提供 了可行途径。
3郾 Yichang Institute of Testing Technology, Yichang 443003, Hubei, China)
Abstract: The line spectrum in noise spectrum has obvious harmonic relation when a propeller鄄driven air鄄 craft flies over the water surface at a certain height. With the cross鄄border propagation of noise from air to water and the change of underwater propagation environment, the harmonic relation tends to weaken. To solve this problem, an underwater acoustic detection algorithm based on the combination of harmonic set detection and strongest line detection is proposed, and the detection threshold is adaptively adjusted by u鄄 sing the threshold adjustment factor 琢, which improves the target detection performance under the condi鄄 tion of the low signal鄄to鄄noise ratio at a long distance and can effectively detect the propeller鄄driven air鄄 crafts in underwater environment. The detection results of the measured signals received by the single hy鄄 drophone in water show that the detection distance can reach 2郾 48 km for a propeller鄄driven aircraft with a cruise speed of 36 m / s. Keywords: propeller鄄driven aircraft; underwater acoustic detection; harmonic set; threshold adjustment factor
第 40 卷第 5 期 2 0 1 9年5月
兵工学报 ACTA ARMAMENTARII
Vol. 40 No. 5 May 2019
基于谐波集检测的飞行目标水下声探测算法研究
穆森1,2 , 李京华1 , 张恒3 , 陈果2
(1郾 西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710072; 2郾 陆军研究院 近地面探测技术实验室, 江苏 无锡 214035; 3郾 宜昌测试技术研究所, 湖北 宜昌 443003)
摇 摇 DOI: 10. 3969 / j. issn. 1000鄄1093. 2019. 05. 018
Research on Underwater Acoustic Detection Algorithm of Aerial Targets Based on Harmonic Set Detection
