[发明专利]一种基于多测度融合的随机共振微弱信号检测方法

摘要

本发明提供了一种基于多测度融合的随机共振微弱信号检测方法，采集海洋中的声信号并作为二阶Duffing共振系统的输入，利用四阶自适应步长龙格库塔方法对二阶Duffing共振系统求解，对输出序列x进行FFT分析，并进行3dB峰值检测，得到信号中可能存在的频率；遍历所有可能存在的频率，计算全部可能频率对应的重构噪声的方差与统计复杂度；当重构噪声的方差与统计复杂度均小于其对应的设定门限时认为是可能的特征频率。本发明不依赖先验信息，能够在远距离低信噪比条件下实现舰船目标的有效检测。

主权项

1.一种基于多测度融合的随机共振微弱信号检测方法，其特征在于包括下述步骤：第一步，采集海洋中的声信号g(t)，其中单频信号s₁(t)＝Acos(ωt)，A为输入信号幅值，ω为内策动力频率，s₂(t)为非高斯噪声信号，s₃(t)为高斯噪声信号，ξ、ζ、为0或1，且ξ、ζ、不同时为零；第二步，以g(t)作为输入信号，构造二阶Duffing共振系统其中，x、y为系统输出，分别为x、y的导数，k为阻尼系数，k＝0.5，‑αx+βx³为非线性恢复力，α、β为非线性恢复力系数，α＝1，β＝1；第三步，利用四阶自适应步长龙格库塔方法对二阶Duffing共振系统求解，初值定为(1,1)，得出系统方程解(x,y)；第四步，对输出序列x进行FFT分析，并进行3dB峰值检测，得到信号中每一个峰值频率；所述的3dB峰值检测即峰值与临近值差3dB；第五步，选取一个峰值频率成分进行剔除，并通过IFFT进行时域信号重构，得到去信号频率后的重构信号；第六步，采用最大似然估计法分别对重构信号进行噪声方差估计，噪声方差其中，N为信号长度，为检验统计量，x[n]为信号的离散表示，i为信号长度计数，n表示最大的值；第七步，分析重构信号的统计复杂度其中，Shannon熵表示概率分布为P＝{p_i,i＝1,…,N}的物理过程的不确定程度，Shannon熵的最大值是概率分布为均匀分布P_e＝{1/N,…,1/N}时的取值，标准Shannon熵S_max＝S[P_e]＝lnN；失衡度K_J[P]＝K₀·J_S[P,P_e]，归一化常数K₀为J_S[P,P_e]取最大值时的倒数，J_S[P,P_e]表示概率分布P与均匀分布P_e之间距离的Jensen‑Shannon散度刻画，完全有序状态和均匀分布之间的距离为J_S[P,P_e]取值的最大值；第八步，重复第五步到第七步，遍历第四步得到的所有峰值频率，直到全部峰值频率均得到计算；第九步，对每一个频率所对应的重构噪声的方差与统计复杂度大小进行特征信号检测，当重构噪声的方差与统计复杂度均小于其对应的设定门限时认为是特征频率。