非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法及系统技术方案

非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法及系统，涉及声纳探测技术领域。本发明专利技术是为了解决现有自适应线谱增强方法在非高斯背景噪声下，性能急剧下降甚至完全失效，从而导致线谱检测能力弱的问题。本发明专利技术包括：初始化自适应权值w(k)；对接收的声强信息进行采样获得参考信号x(k)，对x(k)进行解相关延迟，获得声强信息的延迟信号x(k

【技术实现步骤摘要】
非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法及系统


[0001]本专利技术涉及声纳探测
，特别涉及非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法及系统。

技术介绍

[0002]水下目标的辐射噪声是被动声纳的主要探测对象。一般来说，水下目标辐射噪声的功率谱由宽带连续谱和叠加在其上的低频窄带线谱分量构成，与宽带连续谱信号相比，低频窄带线谱信号具有更高的单位带宽强度、更好的稳定性和更小的传播损失。因此，低频线谱信号的检测对安静型水下目标的远程探测具有十分重要的意义。受嘈杂海洋环境的影响，被动声纳通常工作在低信噪比环境下。提高信噪比能够有效改善被动声纳的探测性能。
[0003]目前为提高线谱信号的信噪比，自适应线谱增强器在被动声纳中得到了广泛应用，常作为线谱检测前的预处理手段。本质上，ALE利用了窄带周期性线谱信号的时间相关半径大于宽带随机噪声的特性。通过对ALE的输入信号进行时间延迟，使延迟前后信号中的宽带噪声成分不相关，而线谱成分仍保持相关，进而利用最小均方误差准则进行权值的自适应迭代，在保留线谱信号的同时抑制宽带噪声成分。上述的常规ALE假设噪声服从高斯分布，基于均方误差这一个全局二阶统计量设计自适应滤波器。依据大数定理，海洋环境噪声服从高斯分布是合理的。然而，在实际中，由于受到自然现象或人为干扰的影响，海洋环境噪声往往具有非高斯统计特性，这一现象在受工业噪声和航船噪声影响的近海海域以及受冰层融化噪声影响的极地海域尤为明显。非高斯噪声不具有有限二阶统计特性，因此，基于最小均方误差准则的常规ALE在非高斯背景噪声下的性能会急剧下降甚至完全失效，从而导致线谱检测能力弱。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有自适应线谱增强方法在非高斯背景噪声下，性能急剧下降甚至完全失效，从而导致线谱检测能力弱的问题，而提出了非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法及系统。
[0005]非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法具体过程为：
[0006]步骤一、初始化自适应滤波器的权值w(k)；
[0007]步骤二、对接收的声强信息进行采样获得参考信号x(k)，对x(k)进行解相关延迟，获得声强信息的延迟信号x(k
‑
Δ)；
[0008]步骤三、将步骤二获得的x(k
‑
Δ)与自适应滤波器的权值相乘，获得增强后的目标辐射线谱y(k)；
[0009]步骤四、获得步骤二获得的参考信号x(k)与步骤三获得的增强后的目标辐射线谱y(k)的估计误差e(k)；
[0010]步骤五、利用惩罚函数和步骤四获得的e(k)，获取迭代更新后的自适应滤波器的权值；
[0011]所述惩罚函数如下：
[0012][0013]式中，κ
σ
(x
i
‑
y
i
)是核函数，σ是核宽度，i取k
‑
M+1到k，为窗内时刻，M是窗长，x
i
是窗口内i时刻的参考信号，y
i
是增强后的目标辐射线谱在i时刻的信号，e(i)是窗口内参考信号与增强后的目标辐射线谱的估计误差在i时刻的值，k是当前时刻；
[0014]步骤六、重复执行步骤二到步骤四，直至迭代更新后的自适应滤波器的权值收敛，输出增强后的目标辐射线谱。
[0015]进一步地，所述步骤二中的对x(k)进行解相关延迟，获得声强信息的延迟信号x(k
‑
Δ)，如下式：
[0016]x(k
‑
Δ)＝[x(k
‑
Δ),x(k
‑1‑
Δ),...,x(k
‑
L+1
‑
Δ)]T
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]式中，x(k),k＝1,2,...是参考信号，L是自适应滤波器阶数，Δ表示解相关延迟量。
[0018]进一步地，所述步骤三中的增强后的目标辐射线谱y(k)，如下式：
[0019]y(k)＝w
T
(k)x(k
‑
Δ)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]式中，(
·
)
T
表示转置运算。
[0021]进一步地，所述步骤四中的步骤二获得的参考信号x(k)与步骤三获得的增强后的目标辐射线谱y(k)的估计误差e(k)，如下式：
[0022]e(k)＝x(k)
‑
y(k)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)。
[0023]进一步地，所述步骤五中的迭代更新后的自适应滤波器的权值，如下式：
[0024][0025]式中，w
MCC
(k+1)为更新后的自适应滤波器的权值，μ为迭代步长，是更新后的自适应滤波器的权值梯度。
[0026]非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强系统，包括：初始化模块、延迟信号获取模块、增强后的目标辐射线谱输出模块、估计误差获取模块、自适应权值更新模块；
[0027]所述初始化模块：对自适应滤波器的权值w(k)初始化；
[0028]所述延迟信号获取模块：对接收的声强信息进行采样获得参考信号x(k)，对x(k)进行解相关延迟，获得声强信息的延迟信号x(k
‑
Δ)；
[0029]增强后的目标辐射线谱输出模块：将x(k
‑
Δ)与自适应滤波器的权值相乘，获得增强后的目标辐射线谱y(k)；
[0030]估计误差获取模块：获取参考信号x(k)与增强后的目标辐射线谱y(k)的估计误差e(k)；
[0031]自适应权值更新模块：利用惩罚函数和e(k)，获取迭代更新后的自适应滤波器的权值，然后重新进入延迟信号获取模块直至迭代更新后的自适应滤波器的权值收敛，输出
增强后的目标辐射线谱；
[0032]所述惩罚函数如下：
[0033][0034]式中，κ
σ
(x
i
‑
y
i
)是核函数，σ是核宽度，i取k
‑
M+1到k，为窗内时刻，M是窗长，x
i
是窗口内i时刻的参考信号，y
i
是增强后的目标辐射线谱在i时刻的信号，e(i)是窗口内参考信号与增强后的目标辐射线谱的估计误差在i时刻的值，k是当前时刻。
[0035]进一步地，所述声强信息的延迟信号x(k
‑
Δ)，如下式：
[0036]x(k
‑
Δ)＝[x(k
‑
Δ),x(k
‑1‑
Δ),
…
,x(k
‑
L+1
‑
Δ)]T
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0037]式中x(k),k＝1,2,...是参考信号，L是自适应滤波器阶数，Δ表示解相关延迟量。
[0038]进一步地，所述增强后的目标辐射线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法，其特征在于所述方法具体过程为：步骤一、初始化自适应滤波器的权值w(k)；步骤二、对接收的声强信息进行采样获得参考信号x(k)，对x(k)进行解相关延迟，获得声强信息的延迟信号x(k
‑
Δ)；步骤三、将步骤二获得的x(k
‑
Δ)与自适应滤波器的权值相乘，获得增强后的目标辐射线谱y(k)；步骤四、获得步骤二获得的参考信号x(k)与步骤三获得的增强后的目标辐射线谱y(k)的估计误差e(k)；步骤五、利用惩罚函数和步骤四获得的e(k)，获取迭代更新后的自适应滤波器的权值；所述惩罚函数如下：式中，κ
σ
(x
i
‑
y
i
)是核函数，σ是核宽度，i取k
‑
M+1到k，为窗内时刻，M是窗长，x
i
是窗口内i时刻的参考信号，y
i
是增强后的目标辐射线谱在i时刻的信号，e(i)是窗口内参考信号与增强后的目标辐射线谱的估计误差在i时刻的值，k是当前时刻；步骤六、重复执行步骤二到步骤四，直至迭代更新后的自适应滤波器的权值收敛，输出增强后的目标辐射线谱。2.根据权利要求1所述的非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法，其特征在于：所述步骤二中的对x(k)进行解相关延迟，获得声强信息的延迟信号x(k
‑
Δ)，如下式：x(k
‑
Δ)＝[x(k
‑
Δ),x(k
‑1‑
Δ),
…
,x(k
‑
L+1
‑
Δ)]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，x(k),k＝1,2,
…
是参考信号，L是自适应滤波器阶数，Δ表示解相关延迟量。3.根据权利要求2所述的非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法，其特征在于：所述步骤三中的增强后的目标辐射线谱y(k)，如下式：y(k)＝w
T
(k)x(k
‑
Δ)(2)式中，(
·
)
T
表示转置运算。4.根据权利要求3所述的非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法，其特征在于：所述步骤四中的步骤二获得的参考信号x(k)与步骤三获得的增强后的目标辐射线谱y(k)的估计误差e(k)，如下式：e(k)＝x(k)
‑
y(k)
ꢀꢀ
(3)。5.根据权利要求4所述的非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法，其特征在于：所述步骤五中的迭代更新后的自适应滤波器的权值，如下式：
式中，w
MCC
(k+1)为更新后的自适应滤波器的权值，μ为迭代步长，是更新后的权值梯度。6.非高斯噪声背景下的目标辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕，郝宇，上官佩熙，刘旭妍，万光明，梁国龙，张光普，邹男，邱龙皓，齐滨，王晋晋，王逸林，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：