超低信噪比水下目标信号的混沌振子检测方法研究

It is a very tough problem for detecting super low signal to noise ratio (SNR) underwater target signals in the field of underwater acoustic signal processing. It is also a key problem in finding the quiet moving submarine by means of passive sonar in the complicated ocean enviroment.In order to solve the long existed problem on how to detect the super low SNR signals radiated from underwater moving targets, a research on detecting weak underwater target signals based on chaotic ocsillator is carried out. Utilizing the properties of sensitivity for weak periodical signals and the immunity for white Gaussian noise and color noise which chaotic oscillator posseses, and also utilizing the line spectrum and narrow band periodical properties which the submarine emitted, the detection of narrow band periodical signals under white Gaussian noise and color noise are explored. Especially, the detection of unknown frequency signals under the white Gaussian noise and color noise are explored. After the research of the mechanism of detecting periodical signals, the probability study and the robust research for the chaotic oscillator are carried out. A basic detection scheme for super low SNR underwater target signals is put forward and corresponding experiment system is set up. Using existed lake data and sea data, we can verify the effectiveness of the detection. The research results will lay the fundamental basis for the weak signal detection in complex ocean environment and deliver effective method for detecting quiet moving submarine.

超低信噪比水下目标信号的被动检测一直是困扰水声界的难题，也是当前安静型潜艇目标探测迫切需要解决的关键问题。针对超低信噪比水下目标信号检测存在的问题，开展基于混沌振子理论的微弱水下目标信号检测机理和方法研究。利用混沌振子对超低信噪比周期信号的敏感性和对噪声的免疫性，以及水下目标信号所具有的线谱特性和窄带连续谱特性，探索复杂海洋环境下混沌振子对一般周期信号和复杂周期信号的检测原理和方法，研究基于混沌振子的超低信噪比水下目标信号频率参数估计以及频率未知信号的检测。同时，开展复杂海洋环境下水下目标信号混沌振子检测的概率统计分析以及混沌振子对模型参数摄动和信号参数扰动的宽容性研究，提高混沌振子检测的可靠性和宽容性。建立超低信噪比水下目标信号的混沌振子检测实验系统，利用现有湖试、海试数据验证方法的有效性。为复杂海洋环境超低信噪比水下目标信号检测奠定基础，为安静型潜艇水下目标探测提供有效方法。

超低信噪比水下目标信号的被动检测一直是困扰水声界的难题，也是当前安静型潜艇目标探测迫切需要解决的关键问题。本项目针对超低信噪比水下目标信号检测存在的主要问题，开展基于混沌振子理论的微弱水下目标信号检测机理和方法研究。利用混沌振子对超低信噪比周期信号的敏感性和对任意分布噪声的免疫性，以及水下目标信号所具有的线谱特性和窄带连续谱特性，探索复杂海洋环境下混沌振子对一般周期信号和复杂周期信号的检测原理和方法，研究基于混沌振子的超低信噪比水下目标信号频率参数估计以及频率未知信号的检测。同时，开展复杂海洋环境下水下目标信号混沌振子检测的概率统计分析以及混沌振子对模型参数摄动和信号参数扰动的宽容性研究，提高混沌振子检测的可靠性和宽容性。建立超低信噪比水下目标信号的混沌振子检测实验系统，利用现有湖试、海试数据验证方法的有效性。为复杂海洋环境超低信噪比水下目标信号检测奠定基础，为安静型潜艇水下目标探测提供有效方法。.项目的研究内容主要包括以下几个方面：.（1）水下目标信号的统计特征分析以及混沌振子检测机理研究。.（2）基于混沌振子的频率参数估计和频率参数未知信号检测方法研究。.（3）混沌振子检测模型的统计特性分析以及宽容性研究。.（4）复杂海洋环境下超低信噪比水下目标信号的混沌振子检测仿真实验 研究。.项目在以下方面取得了结果：.（1）Duffing混沌振子系统跃变阈值求解方法。.（2）基于熵的Duffing系统状态判断方法。.（3）Duffing系统对频率未知信号的检测方法。.通过深入开展水下目标信号的混沌特性研究，建立了水下微弱目标信号的混沌振子检测模型，通过对超低信噪比水下目标信号混沌振子检测的一般原理和方法的深入研究，在Duffing混沌振子系统跃变阈值求解方法，基于熵特征的Duffing混沌系统状态判断方法，以及Duffing混沌系统对水下目标信号在频率参数未知情况下的检测方法的研究方面取得了一定结果，为复杂海洋环境下安静型潜艇的目标探测提供了新的理论和方法。