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深海波导中基于采样简正波模态 降维处理的广义似然比检测

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孔德智, 孙超, 李明杨, 卓颉, 刘雄厚. 2019: 深海波导中基于采样简正波模态 降维处理的广义似然比检测, 物理学报, 68(17): 151-164. doi: 10.7498/aps.68.20190700
引用本文: 孔德智, 孙超, 李明杨, 卓颉, 刘雄厚. 2019: 深海波导中基于采样简正波模态 降维处理的广义似然比检测, 物理学报, 68(17): 151-164. doi: 10.7498/aps.68.20190700
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Kong De-Zhi, Sun Chao, Li Ming-Yang, Zhuo Jie, Liu Xiong-Hou. 2019: Dimension-reduced generalized likelihood ratio detection based on sampling of normal modes in deep ocean, Acta Physica Sinica, 68(17): 151-164. doi: 10.7498/aps.68.20190700
Citation: Kong De-Zhi, Sun Chao, Li Ming-Yang, Zhuo Jie, Liu Xiong-Hou. 2019: Dimension-reduced generalized likelihood ratio detection based on sampling of normal modes in deep ocean, Acta Physica Sinica, 68(17): 151-164. doi: 10.7498/aps.68.20190700
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深海波导中基于采样简正波模态 降维处理的广义似然比检测

  • 西北工业大学航海学院, 西安 710072;海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室, 西安 710072

  • 西北工业大学航海学院, 西安 710072;海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室, 西安 710072;中国科学院声学研究所, 声场声信息国家重点实验室, 北京 100190

Dimension-reduced generalized likelihood ratio detection based on sampling of normal modes in deep ocean

  • 摘要: 针对深海波导中的水下声源检测,结合声传播与接收特性,提出了一种基于简正波模态信息降维处理的窄带声源检测方法,运用广义似然比(generalized likelihood ratio,GLR)方法导出了深海波导中的特征值检测器和恒虚警率特征值检测器(下统称为GLR检测器).理论分析表明,给定阵列输入信噪比下,GLR检测器的输出信噪比随接收数据空间维度的减小而增大.根据简正波理论,阵列接收信号声场位于由各阶采样简正波模态信息张成的空间(简称模态空间).由于阵列孔径尺寸的限制,在深海波导中常会出现"有效模态空间"维度小于阵元域接收数据空间维度的情况.基于此性质并根据阵列采样的简正波模态信息,提取"有效模态空间"以构造降维矩阵,分别导出了使用垂直线列阵和水平线列阵时的降维GLR检测统计量.数值仿真给出了GLR检测器的检测性能分析与对比,验证了降维GLR检测器的性能改善效果,同时表明水平线列阵接收声场位于更低维的"有效模态空间","有效模态空间"维度随阵元间距和声源频率的增大而减小.
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深海波导中基于采样简正波模态 降维处理的广义似然比检测

  • 西北工业大学航海学院, 西安 710072;海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室, 西安 710072
  • 西北工业大学航海学院, 西安 710072;海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室, 西安 710072;中国科学院声学研究所, 声场声信息国家重点实验室, 北京 100190

摘要: 针对深海波导中的水下声源检测,结合声传播与接收特性,提出了一种基于简正波模态信息降维处理的窄带声源检测方法,运用广义似然比(generalized likelihood ratio,GLR)方法导出了深海波导中的特征值检测器和恒虚警率特征值检测器(下统称为GLR检测器).理论分析表明,给定阵列输入信噪比下,GLR检测器的输出信噪比随接收数据空间维度的减小而增大.根据简正波理论,阵列接收信号声场位于由各阶采样简正波模态信息张成的空间(简称模态空间).由于阵列孔径尺寸的限制,在深海波导中常会出现"有效模态空间"维度小于阵元域接收数据空间维度的情况.基于此性质并根据阵列采样的简正波模态信息,提取"有效模态空间"以构造降维矩阵,分别导出了使用垂直线列阵和水平线列阵时的降维GLR检测统计量.数值仿真给出了GLR检测器的检测性能分析与对比,验证了降维GLR检测器的性能改善效果,同时表明水平线列阵接收声场位于更低维的"有效模态空间","有效模态空间"维度随阵元间距和声源频率的增大而减小.

English Abstract

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