一种基于小波奇异值检测的鱼雷电磁引信目标信号特征识别方法

陈 光, 俞金方, 杨清华



一种基于小波奇异值检测的鱼雷电磁引信目标信号特征识别方法

陈 光, 俞金方, 杨清华

(中国人民解放军91024部队, 广东 台山, 529266)

为了确保鱼雷引信可靠动作必须准确提取和识别鱼雷电磁引信目标信号特征, 描述了表征信号奇异性的Lipchitz指数方法, 阐述了基于小波变换的信号奇异值检测原理, 分析了电磁引信目标信号的包络经幅度识别后存在奇异值的情况。基于此, 提出了一种目标信号时间变化率和持续时间特征识别的新方法, 该方法以提取目标信号的实际特征为中心, 通过选择合适的小波基函数和分解尺度, 精确地检测出包络信号的奇异点。仿真结果表明, 相比传统的模拟电路识别方法, 本文提出的方法易于实现, 识别精度高, 且不受门限电压变化的影响, 具有较好的工程应用价值。

鱼雷; 电磁引信; 特征识别; 小波变换; 奇异值检测

0 引言

对鱼雷电磁引信目标信号中包含的目标特征信息进行识别和提取是确保引信可靠动作的重要手段。这些特征信息主要包括载波信号的频率、相位以及调制包络信号的幅度、时间变化率和持续时间等[1]。其中, 幅度信息反映了目标的散射面积大小和鱼雷与目标的相对距离; 时间变化率信息反映了鱼雷与目标的相对速度; 持续时间信息则反映了目标的宽度。虽然包络的时间变化率和持续时间特征通常作为辅助判据, 需要与幅度识别结合才有意义, 但是, 准确识别这2个特征对于目标信号的全面识别仍然具有重要意义。

当前, 对幅度、频率和相位特征进行识别已有许多成熟的方法[2-3], 然而, 对包络的时间变化率和持续时间特征的识别方法还比较单一, 仅限于传统的微分电路和积分电路[1]。

实际上, 微分电路是一个高通滤波器, 其作用是滤除检波输出的直流分量和慢变化分量而使包络信号通过, 并没有实现提取包络时间变化率的功能; 而积分电路的作用是对超过门限的信号的持续时间进行选择, 只允许大于一定持续时间的信号通过, 将小于一定持续时间的短暂干扰脉冲信号抑制, 但该方法没有充分利用持续时间特征的全部信息, 识别精度不高。此外, 该方法受门限电压变化的影响较大, 且不能实现对包络信号最大值的识别, 不利于引信最佳炸点的选择和控制。本文针对电磁引信目标信号的包络信号存在奇异值的情况, 提出了一种识别时间变化率和持续时间特征的新方法, 力图克服传统方法的不足。

1 信号奇异性的数学描述

2 小波变换检测信号奇异值原理

小波变换是一种信号的时间-尺度(时间-频率)分析方法, 能有效地从信号中提取瞬态突变信息, 通过伸缩和平移等运算功能对信号进行多尺度细化分析, 成为奇异点检测和定位的有力工具。

2.1 小波变换模极大值与信号奇异值关系

图1 小波变换模极大值与信号奇异点的关系

2.2 小波基的选择

选择合适的小波基函数对于信号奇异性的检测非常重要, 通常考虑以下4个条件[6]:

表1 小波滤波器系数

3 包络信号奇异性分析与特征识别方法

3.1 奇异性分析

图2 一定舷角攻击条件下的包络信号波形

图3 0°角或180°角攻击条件下包络信号波形

3.2 特征识别方法

4 数值仿真

图4 钟形包络的连续小波变换奇异值检测结果

图5 斜变截平包络的连续小波变换奇异值检测结果

同样, 由图4和图5知, 钟形包络信号的奇异点对应于时刻86, 171和256, 斜变截平包络的奇异点对应于时刻118和180; 已知仿真程序中的采样频率为200 Hz, 则可求得钟形包络的幅度变化率和持续时间分别为

斜变截平包络的幅度变化率和持续时间

5 结束语

本文通过对信号奇异性的Lipchitz指数理论、小波变换奇异值检测原理, 以及电磁引信目标信号的包络信号存在奇异值的分析, 提出了一种识别电磁引信目标信号的幅度变化率和持续时间特征的新方法。

仿真结果表明, 通过选择合适的小波基函数和分解尺度, 包络信号的奇异点可以被精确地检测出来, 从而实现目标信号幅度变化率及持续时间信息的准确识别。相比传统的模拟微分电路与积分电路识别方法, 本文提出的方法更准确、更稳定、更灵活, 此外, 还可在目标信号达到最大值的时刻识别出持续时间信息, 因此, 更有利于电磁引信炸点的选择与控制。

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A Feature Recognition Method of Target Signal for Torpedo Electromanetic Fuze Based on Wavelet Transform Singularity Detection

CHEN Guang, YU Jin-fang, YANG Qing-hua

(91024thUint, The People′s Liberation Army of China, Taishan 529266, China)

The features of target signal for torpedo electromagnetic fuze must be extracted and recognized exactly to ensure reliable action of torpedo fuze. Lipchitz exponent method for symbolizing signal′s singularity is described, the principle of detecting signal′s singularity based on wavelet transform is introduced, and the presence of singular value in the envelope of the target signal for torpedo electromagnetic fuze after amplitude recognition is analyzed. Then a new recognition method is put forward for the features of time-varying rate and lasting time of the envelope．The method can detect accurately the singular point of the envelope signal by extracting the real feature of target signal and selecting suitable wavelet base function and decomposition scale. Simulation results show that in contrast to traditional recognition methods with analogy circuits, the proposed method is easier in realization with weaker limitation of threshold voltage variation, besides, it has a high recognition precision and good engineering application．

torpedo; electromagnetic fuze; feature recognition; wavelet transform; singular value detection

TJ431.7

A

1673-1948(2013)01-0030-04

2012-06-07;

2012-06-14.

陈光(1980-), 男, 博士, 工程师, 主要研究方向为鱼雷引信技术, 鱼水雷装备保障技术.

(责任编辑: 杨力军)