非白噪声下截获水声脉冲信号高精度参数估计方法研究

With the development of the diversification and lower frequency in the underwater acoustic pulse signals, the received low-frequency noise expresses non-white. Therefore, these parameter estimation methods based on the assumptions of white noise and a simplex waveform are no longer applicable. In this project, a novel parameter estimation method will be proposed for multi-type intercepted underwater acoustic pulse signals with non-white noise, based on the theoretical analysis to the influence of non-white background noise on spectrum, and then will be verified in the practical data. Firstly, a frequency-domain background equalization method will be proposed to whiten the non-white background noise, by exploiting the underwater acoustic pulse model, non-white noise model and pre-collected practical data. Then, precise parameter estimation methods will be studied for the intercepted underwater acoustic pulse signals, including continuous wave, linear frequency modulation and hyperbolic FM pulse signal, under the condition of non-white noise. Finally, a novel omnidirectional direction of arrival estimation method will be presented for the intercepted underwater acoustic pulse signal.

随着水声脉冲信号类型多样化和频率低频化的发展，而低频段噪声具有明显的非白特性，使得现有针对白噪声条件下单一信号类型的参数估计方法不再适用。在此背景下，本项目拟从非白背景噪声对水声脉冲信号频谱特征影响的理论分析出发，结合海上试验数据的分析验证，研究非白噪声下多类型截获水声脉冲信号高精度参数估计方法，为实际应用提供支持。首先利用水声脉冲信号模型、非白噪声模型以及前期收集的海试数据，开展非白背景噪声的白化，即频域背景均衡方法研究；然后，在非白背景噪声白化处理的基础上，研究截获水声单频、线性调频和双曲调频脉冲信号频率参数估计方法，实现非白背景噪声下截获水声脉冲信号频率参数的高精度估计。进一步在频率估计的基础上，研究基于阵列处理的截获水声脉冲信号全空间方位估计方法。

随着水声脉冲信号类型多样化和频率低频化的发展，而低频段噪声具有明显的非白特性，使得现有针对白噪声条件下单一信号类型的参数估计方法不再适用。在此背景下，本项目紧扣截获水声脉冲信号特点与实际应用需求，秉承理论研究与试验验证紧密结合的研究方式开展了研究工作。. 水声脉冲信号类型正在向多样化和频率低频化发展，由于低频段噪声具有明显非白特性，现有的针对白噪声条件下单一信号类型的参数估计方法将不再适用。鉴于此，本项目紧扣截获水声脉冲信号特点与实际应用需求，开展了理论研究工作并进行了试验验证。. 首先，构建了接收信号模型，分析了水声脉冲信号与非白背景噪声的频谱特征，并结合已收集的海试数据，研究了非白背景噪声对截获水声脉冲信号频谱特征的影响。考虑到实际背景噪声具有非白特性和时变特性，针对非白噪声的白化方法，即频域背景均衡方法进行设计，提出了一种谱结构自学习背景噪声均衡算法，并应用于接下来的参数估计研究。. 然后，为进一步实现非白背景噪声下截获水声脉冲信号的频率估计，提出了基于CW脉冲信号DFT频谱主瓣特征的综合插值频率估计方法和基于联合 STFT-迭代变权线性拟合调频脉冲信号频率参数估计方法。最后，对基于阵列处理的截获水声脉冲信号方位估计进行研究，并提出了一种基于阵列波束主瓣特征模型数值求解的方位估计方法。. 本项目通过搭载试验 的方式对所提参数估计算法进行了海上试验验证，海上试验结果验证了所提算法的有效性。根据海试数据处理结果，对所提算法再进行了优化改进。