差分二次平均修正的频域相位补偿线谱检测方法

doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.017

兵工学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (10): 1630-1637.doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.017

差分二次平均修正的频域相位补偿线谱检测方法

戴文舒^1,2，陈亚³，陈新华¹，孙长瑜¹，余华兵¹

（1.中国科学院声学研究所，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100190；3.海军驻无锡地区军事代表室，江苏无锡 214061）

收稿日期:2013-08-06 修回日期:2013-08-06 上线日期:2014-11-28
通讯作者: 戴文舒 E-mail:dws.01@163.com
作者简介:戴文舒（1987—），女，博士研究生
基金资助:
国家自然科学基金项目（61372180）

An Algorithm of Line-spectrum Detection Using Frequency Domain Phase Compensation with Difference and TPM Technique

DAI Wen-shu^1,2, CHEN Ya³， CHEN Xin-hua¹, SUN Chang-yu¹, YU Hua-bing¹

(1.Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China；3.Navy Military Representative Office in Wuxi Area，Wuxi 214061，Jiangsu, China)

Received:2013-08-06 Revised:2013-08-06 Online:2014-11-28
Contact: DAI Wen-shu E-mail:dws.01@163.com

摘要/Abstract

摘要： 针对常规平均功率谱方法幅度平方后相位信息丢失造成检测性能损失问题，通过对观测数据分段进行快速傅里叶变换后的统计特性进行分析，提出了高斯噪声背景下检测未知线谱的频域相位补偿方法。采用蒙特卡洛法估计相位补偿因子，先进行差分法去除零星野值，然后使用二次平均（TPM）去除连续野值，最后使用估计的相位补偿因子均值构造广义似然比检验统计量实现检测。从理论上对比了广义平均周期图（AVGPR）法、广义功率谱（GPR）法及文中方法的检测性能。仿真结果表明，文中方法充分利用信号的相位信息，参数估计简单，相位补偿因子估计准确，在一定虚警概率下较AVGPR法的检测性能提高了接近5 dB左右。

关键词: 声学, 快速傅里叶变换分析, 线谱检测, 频域相位补偿, 检验统计量, 功率谱

Abstract: The common average power spectrum estimation algorithm may cause the loss in detection performance because power spectrum amplitude is simply squared. The statistical properties of FFT of the segmented observations are analyzed, and a novel algorithm using frequency domain phase compensation for detecting line-spectrum in Gaussian noise is proposed. The phase compensation factor is estimated using Monte Carlo method. The sporadic and continuous outliers are removed by using difference and TPM method. Finally the statistics is checked by using generalized likelihood ratio. The detection performances of AVGPR, GPR and the proposed algorithm are theoretically compared. The simulation results show that the detection performance of the proposed algorithm is improved by 5 dB under a certain false alarm rate compared to AVGPR algorithm. It fully utilizes the phase information of the signal and has the advantages of simple and exact parameter estimation and good robustness.

Key words: acoustics, FFT analysis, line-spectrum detection, frequency domain phase compensation, test statistics, power spectrum

中图分类号:

TB566

戴文舒，陈亚，陈新华，孙长瑜，余华兵. 差分二次平均修正的频域相位补偿线谱检测方法[J]. 兵工学报, 2014, 35(10): 1630-1637.

DAI Wen-shu, CHEN Ya， CHEN Xin-hua, SUN Chang-yu, YU Hua-bing. An Algorithm of Line-spectrum Detection Using Frequency Domain Phase Compensation with Difference and TPM Technique[J]. Acta Armamentarii, 2014, 35(10): 1630-1637.

参考文献

［1］ Urick R J. Models for the amplitude of fluctuations of narrow-band signals and noise in the sea[J]. J Acoustic Soc Amer，1977, 62:878-887.
[2］沈国际,陶利民,徐永成.时域同步平均的相位误差累积效益研究[J]. 振动工程学报,2007,20(4):335-339.
SHEN Guo-ji, TAO Li-min, XU Yong-cheng. Research on phase error accumulation effect of time synchronous averaging[J]. Journal of Detection and Control，2007,20(4):335-339.(in Chinese)
[3］陈绍华,相敬林.一种改进的时域平均法检测微弱信号研究[J].探测与控制学报,2003,25(4):56-59.
CHEN Shao-hua, XIANG Jing-lin. Amodified time averaging method in weak signal detection[J]. Journal of Detection and Control，2003,25(4)：56-59.（in Chinese）
[4］陈新华,孙长瑜,鲍习中.基于相位补偿的时域平均方法[J]. 应用声学,2011,30(4):268-274.
CHEN Xin-hua, SUN Chang-yu, BAO Xi-zhong. Time domain averaging based on phase compensations[J]. Applied Acoustics，2011,30(4):268-274.（in Chinese）
[5］ Chun R W, Joo T G, Hong T C. Optimaltonal detectors based on the power spectrum[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering， 2000,25(4):540-552.
[6］ Qing W, Chun R W. Anovel CFAR tonal detector using phase compensation[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2005, 30(4):900-911.
[7］施久玉.概率论和数理统计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2005.
SHI Jiu-yu. Probability andmathematics [M]. Harbin： Harbin Engineering University Press，2005.（in Chinese）
[8］ Willan A S，Edward D L. A performace comparison of four noise background normalization schemes proposed for signal detection systems[J]. J Acoustic Soc Amer，1984.76(6):1738-1742.
[9］ Qing W，Chun W，Joo T G. Theoretical performance analysis and simulation of a GLRT tonal detector[C]∥Oceans 2001 MTS/IEEE ConfErence and Exhibition. Honolulu, HI: IEEE，2001:1654-1659.
[10］ Kay S M. 统计信号处理基础：估计与检测理论[M].罗鹏飞，译. 北京：电子工业出版社，2001.
Kay S M. Fundamentals of statistical signal processing: estimation theory and detection theory[M]. LUO Peng-fei, translated. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2001.（in Chinese）

[1]	康杨，李宁，黄孝龙，翁春生. 基于环形喷管的脉冲爆轰发动机爆轰声波声学特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1075-1082.
[2]	游鹏，周克栋，赫雷，缪桓举. 含运动弹头的手枪膛口射流噪声场特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(12): 2597-2605.
[3]	孙芹东，张小川，韩梅，王文龙. 面向水下滑翔机平台的耐压复合同振式矢量水听器[J]. 兵工学报, 2020, 41(10): 2063-2070.
[4]	赵欣怡，周克栋，赫雷，陆野，李峻松. 某大口径轻武器射流噪声的小波分析与数值模拟[J]. 兵工学报, 2019, 40(11): 2195-2203.
[5]	郭拓，王英民，张立琛. 一种用于水下小尺度运动阵列的目标波达方向估计方法[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1779-1785.
[6]	毕杨, 王英民, 王奇. 双重优化的宽带聚焦波束形成算法研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(8): 1563-1571.
[7]	高飞，潘长明，孙磊. Bayes匹配场地声参数反演:多步退火Gibbs采样算法[J]. 兵工学报, 2017, 38(7): 1385-1394.
[8]	于涤非，张春华，黄勇. 改进型圆面阵的快速波束形成算法设计[J]. 兵工学报, 2017, 38(5): 959-967.
[9]	王亚东，杨晓光，张纪华. 仿鱼体柔性变形运动流噪声特性研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(1): 123-128.
[10]	江伟华，童峰，王彬，刘世刚. 采用主分量分析的非合作水声通信信号调制识别[J]. 兵工学报, 2016, 37(9): 1670-1676.
[11]	汲夏，丛卫华，杜栓平. 基于C6678多核数字信号处理器的声纳信号并行处理设计[J]. 兵工学报, 2016, 37(8): 1476-1481.
[12]	谭克，邹丽娜. 正态分布转换算法在声纳图像处理中的应用[J]. 兵工学报, 2016, 37(6): 1052-1057.
[13]	殷敬伟，刘强，陈阳，朱广平，生雪莉. 基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(5): 769-777.
[14]	王谦，侯宏，尹韶平，陈志菲. 水下高速直线运动目标的双参考源航迹估计方法研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(4): 677-683.
[15]	刘圣松，陈韶华，陈川. 一种水下静止平台对目标运动参数的联合估计方法[J]. 兵工学报, 2016, 37(4): 684-689.

差分二次平均修正的频域相位补偿线谱检测方法

An Algorithm of Line-spectrum Detection Using Frequency Domain Phase Compensation with Difference and TPM Technique

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价