基于EMD和短时拷贝相关分析方法的物体溅落声检测研究

　　由于条件所限，无法在被测目标上加装合作信标，因此水中兵器海上试验的落点测量无法采用精度较高的主动测量方法，只能依靠被动测量方法实现落点的定位测量。传统的被动定位方法一般是依靠目标自身的特征信息(如目标的辐射噪声、物体入水信号等)实现定位测量，因此实现对入水信号的稳健检测就成为落点定位测量关键之一。一般称物体发射入水过程中产生的突发瞬态信号为溅落声[1](包括物体击水声、气泡脉动声及物体结构振动产生的辐射噪声)。研究表明[2]，溅落声的强度与物体的入水角度、速度、外形等都有一定关系，特别是在浅海使用环境下，由于受到浅海较强背景噪声的影响，溅落声的信噪比较低，因此，利用传统的信号处理技术对其进行检测具有较大的难度。

　　EMD是一种基于信号的局部特征时间尺度把多分量信号分解为若干个具有某种物理意义单分量信号的数据处理方法[3]。各阶单分量信号(固有模态函数，Intrinsic ModeFunction 简称IMF)突出了数据的局部特征，通过对其分析，可以准确地把握原始信号的特征信息，具有非常好的局部适应性，适用于非线性、非稳态过程信号分析。在信号处理、特征提取等方面具有广阔的应用前景[4-8]。

　　拷贝相关检测通常用于主动信号处理，将发射信号的拷贝波形和接收信号作互相关运算，实质上利用信号波形的相似度来实现低信噪比条件下的信号快速检测。拷贝相关检测需要对信号有足够的先验知识。鱼雷等水中兵器在作战使用中，为了减少入水拍击对雷体的损害，雷体在一定范围内以某种角度和速度入水时产生的溅落信号波形结构就会比较固定。如果能够有良好的拷贝信号，利用短时相关法可以在较低的信噪比条件下检测到入水声。此检测方法不需要已知背景噪声的分布形态，只需要背景噪声的相关程度较低即可具备检测条件。采用 EMD 和短时拷贝相关分析方法进行溅落声检测研究很少见到报道。本文将经过EMD预处理得到足够样本的溅落声信号作为拷贝信号，利用短时拷贝相关分析方法进行了检测高速物体入水的溅落声信号研究。

　　1 入水溅落声特征分析

　　物体自空中入水是一类特殊的流体动力问题，相关研究表明[2]入水通常可分为3个阶段：

　　(1)初始击水阶段，从物体撞击水面起到物体尾部空腔开始形成时为止。此阶段由于水的突然作用，物体承受很大的冲击力和阻尼，物体具有很大的负加速度，但物体速度仍接近入水速度。

　　(2)空腔形成阶段，随着物体在水中的运动，其尾部拖着一个延伸到水面的空腔，然后在水面附近封闭，在封闭的同时往往伴随着水柱或水花的升起。