【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 27 4 枚炸彈原始信號(hào)波形圖 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 28 4 枚炸彈處理后的信號(hào)波形圖 8 枚炸彈原始波形與處理后的波形對(duì)比圖 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 29 為了將信號(hào)進(jìn)行集成比較，對(duì) 8 枚炸彈的比較圖就僅選用一路波形圖，如上圖所示。 小波消噪中閾值的選取 在小波分析中消噪中閾值的選取方法采用下述兩種： (1)給定閾值消噪處理：閾值可根據(jù)以往 的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)（靶場(chǎng)環(huán)境，彈種等），這種閾值可信度高。在進(jìn)行閾值量化處理時(shí)可用函數(shù)wthresh，在我們的應(yīng)用中，我們使用了軟閾值處理，如下： ………………….. ………………….. thr=1000。 xd1=wthresh(xd1,39。s39。,thr)。 xd2=wthresh(xd2,39。s39。,thr)。 xd3=wthresh(xd3,39。s39。,thr)。 xd4=wthresh(xd4,39。s39。,thr)。 ……………………… ………………………… 經(jīng)過消噪后的波形入圖所示： 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 30 4 枚 炸彈消噪后的波形圖 8 枚炸彈的兩次濾波比較圖 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 31 (2)強(qiáng)制消噪處理：是一種自動(dòng)處理方法，該方法是將小波分解結(jié)構(gòu)中的高頻系數(shù)全部置為 0，即濾掉所有高頻部分，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波重構(gòu)。這種方法比較簡(jiǎn)單，且消噪后的信號(hào)比較平滑。 由于在系統(tǒng)中使用了基于小波變換的去噪方法，所以對(duì)信號(hào)中含有干擾和噪聲能夠很好的消除。 小波分析的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 表 小波變換的函數(shù)說明 函數(shù)名 說明 分解 函數(shù) dwt 單尺度一維離散小波變換 wavedec 多尺度一維小波分解 (一維多頻率分析函數(shù) ) wmaxlec 允許的最大尺度值分解 合成 重構(gòu) 函數(shù) idwt 單尺度一維離散小波逆變換 waverec 多尺度一維小波重構(gòu) wroef 對(duì)一維小波系數(shù)進(jìn)行單支重構(gòu) upcoef 一維系數(shù)的直接小波重構(gòu) 分解 結(jié)構(gòu) 函數(shù) detcoef 提取一維小波變換高頻系數(shù) appcoef 提取一維小波變換低頻系數(shù) upwlev 單尺度一維小波分解的重構(gòu) 消噪 壓縮 函數(shù) ddencmp 或取消噪或壓縮過程中的默認(rèn)閾值 wdmpen 以 BirgeMassart 算法設(shè)置一維或二維信號(hào)消噪的閾值 wdcbm 以 BirgeMassart 算法設(shè)置一維信號(hào)消噪或壓縮的閾值 wdencmp 用小波進(jìn)行一維或二維信號(hào)的消噪或壓縮 wden 用小波進(jìn)行一維信號(hào)的自動(dòng)消噪 wthrmngr 閾值管理 基于 Matlab 的部分程序如下 ???? ???? 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 32 %多尺度分解 (仍用 db1) [C,L]=wavedec(dd,3,39。db139。)。 cA3=appcoef(C,L,39。db139。,3)。 %重構(gòu)第三層的低頻信號(hào) A3=wrcoef(39。a39。,C,L,39。db139。,3)。 %重構(gòu)第 3 層的高頻信號(hào) D1=wrcoef(39。d39。,C,L,39。db139。,1)。 D2=wrcoef(39。d39。,C,L,39。db139。,2)。 D3=wrcoef(39。d39。,C,L,39。db139。,3)。 figure。 %顯示多尺度分析結(jié)果 subplot(2,2,1)。plot(A3)。title(39。A339。) subplot(2,2,2)。plot(D1)。title(39。D139。) subplot(2,2,3)。plot(D2)。title(39。D239。) subplot(2,2,4)。plot(D3)。title(39。D339。) %重構(gòu)原始信號(hào) A0=waverec(C,L, 39。db139。)。 err=max(abs(ddA0)) err= %信號(hào)的初步去噪 (比較第三層近似信號(hào)與原始信號(hào) ) figure。 subplot(2,1,1)。plot(dd)。title(39。original39。)。axis off 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 33 subplot(2,1,2)。plot(A3)。title(39。Level 3 Approximation39。)。axis off (1)單尺度離散小波變換函數(shù) dwt 格式為： ① [cAl,cDl]=dwt(X,39。wname39。) ② [cAl,cDl)=dwt(X,Lo_D,Hi_D) 說明：其中 X 為被分析的離散信號(hào)， wname 為分解所用到的小波函數(shù)， Lo_D、 Hi_D 為分解濾波器， cA和 cD 分別為返回的低頻系數(shù)和高頻系數(shù)向量。 m a i n完 成 信 號(hào) 的 單 尺 度 離散 小 波 分 解打 開 數(shù) 據(jù) 文 件正 確從 系 數(shù) 中 重 構(gòu) 低 頻 和高 頻 部 分 并 顯 示恢 復(fù) 信 號(hào)完 成 信 號(hào) 的 多 尺 度 離散 小 波 分 解從 系 數(shù) 中 重 構(gòu) 低 頻 和高 頻 部 分 并 顯 示重 構(gòu) 原 始 信 號(hào) 并 初 步去 噪YN 圖 程序流程 (2)upcoef 是系數(shù)的直接小波重構(gòu)函數(shù)，其格式為： 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 34 ① Y=upcoef(O,X,39。wname39。,N) ② Y=upcoef(O,X,39。wname39。,N,L) ③ Y=upcoef(O,X,Lo_R,Hi_R,N) ④ Y=upcoef(O,X,Lo_R,Hi_R,N,L) ⑤ Y=upcoef(O,X,39。wname39。) ⑥ Y=upcoef(O,X,Lo_R,Hi_R) 說明：該函數(shù)用于計(jì)算向量 X 向上 N 步的重構(gòu)小波系數(shù)， N 是嚴(yán)格的正整數(shù)。如果 O=a，則是對(duì)低頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，如果 O=d，則是對(duì)高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。 (3)idwt 為單尺度 — 維離散小波逆變換函數(shù)。格式為： ① X=idwt(cA,cD,39。wname39。) ② X=idwt(cA,cD,Lo_R,Hi_R) ③ X=idwt(cA,cD,39。wname39。,L) ④ X=idwt(cA,cD,Lo_R,Hi_R,L) 說明：對(duì)格式①、③，是用小波函數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，對(duì)于格式②、④，是用重構(gòu)濾波器進(jìn)行重構(gòu)。 cA 和 cD 的長(zhǎng)度是相等的， Lo_R 和 Hi_R的長(zhǎng)度是相等的。 X 為重構(gòu)后信號(hào)的向量。 (4)wavedec 為多尺度小波分解函數(shù)，其格式為： ① [C,L]=wavedec(X,N,39。wname39。) ② [C,L]=wavedec(X,N,Lo_D,Hi_D) 說明：它用小波或分解濾波器完成對(duì)信號(hào) X 的多尺度分解， N為尺度，且為嚴(yán)格的正整數(shù)。輸出參數(shù) C 由 [cAj,cDj,cDj1,? ,cD1]組對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 35 成， L 由 [cAj 的長(zhǎng)度， cDj 的長(zhǎng)度， cDj1 的長(zhǎng)度，?， cD1 的長(zhǎng)度，X 的長(zhǎng)度 ]組成。 (5)appcoef 用于從小波分解結(jié)構(gòu) [C,L]中提取一維信號(hào)的低頻系數(shù)，格式為 ① A=appcoef(C,L,39。wname39。,N) ② A=appcoef(C,L,39。wname39。) ③ A=appcoef(C,L,Lo_R,Hi_R) ④ A=appcoef(C,L,Lo_R,Hi_R,N) 說明：其中 [C,L]為小波分解結(jié)構(gòu)， wname 為小波函數(shù)， N 為尺度 。格式①計(jì)算尺度 N(N 必須為一個(gè)正整數(shù)，且 2)(0 ??? Lle ngt hN )時(shí)的一維分解低頻系數(shù)；格式②用于提取最后尺度（尺度 N＝2)( ?Llength ）的小波變換低頻系數(shù)；格式③、④是用濾波器 Lo_R 和Hi_R 進(jìn)行信號(hào)低頻系數(shù)的提取。 (6)detcoef 用于從小波分解結(jié)構(gòu) [C， L)中提取 ① D=detcoef(C,L,N) ② D=detcoef(C,L) 說明：格式①用于提取尺度為 N(N 必須為一個(gè)正整數(shù)，且 ，分解結(jié)構(gòu)為 [C,L]的一維分解高頻系數(shù) ；格式②用于提取最后尺度 (尺度N=length(L)－ 2)的分解高頻系數(shù)。 (7)wrcoef 是對(duì)一維信號(hào)的分解結(jié)構(gòu) [C,L]用指定的小波函數(shù)或重構(gòu)濾波器進(jìn)行重構(gòu)的函數(shù)。其格式有： ① X=wrcoef(39。type39。,C,L,39。wname39。,N) ② X=wrcoef(39。type39。,C,L,Lo_R,Hi_R,N) 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 36 ③ X=wrcoef(39。type39。,C,L,39。wname39。) ④ X=wrcoef(39。type39。,C,L,Lo_R,Hi_R) 說明：當(dāng) type=a 時(shí)，對(duì)信號(hào)的低頻部分進(jìn) 行重構(gòu)，此時(shí) N 可以為 0；當(dāng) type=d 時(shí)，對(duì)信號(hào)的高頻部分進(jìn)行重構(gòu)，此時(shí) N 為正整數(shù)。 (8)waverec 為多尺度小波重構(gòu)函數(shù)，用指定的小波函數(shù)或重構(gòu)濾波器對(duì)小波分解結(jié)構(gòu)［ C,L］進(jìn)行重構(gòu)，格式為 ① X=waverec(C,L,39。wname39。) ② X=waverec(C,L,Lo_R,Hi_R) 說明：它是 wavedec 函 數(shù) 的 逆 函 數(shù) ， 即 有X=waverec(wavedec(X,N,39。wname39。) ， 39。wname39。) 。另外，X=waverec(C,L,39。wname39。)與 X=appose(C,L,39。wname39。,0)等價(jià)。格式①用小波函數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，格式②用重構(gòu)濾波器進(jìn)行重構(gòu)。 (9)利用小波對(duì)信號(hào)去噪，首先要識(shí)別出信號(hào)的哪一部分或哪些部分包含噪聲，然后舍棄這些部分進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)。在本例中，當(dāng)越來越多的高頻信息從信號(hào)中濾去時(shí)，相應(yīng)的低頻部分變得越來越“純潔”，即所含的噪聲越來越小。當(dāng)然，我們?cè)谌サ舾哳l部分的同時(shí)也丟失了初始信號(hào)的瞬變特征。因此，更優(yōu)化的去噪是閾值消噪，即只去除那些超過某一設(shè)定值的細(xì)節(jié)部分。 （ 10）對(duì)于信號(hào)處理過程中的小波基函數(shù)，去噪函數(shù)等的選取是要經(jīng)過一定的分析來獲得的。在本系統(tǒng)的分析 過程中，我們通過對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要是利用 Matlab 自帶的分析工具來進(jìn)行，在環(huán)境中鍵入 wavemenu 就可打開該環(huán)境。分析過程如下圖： 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 37 圖 單尺度一維小波變換 圖 樹模式 圖 信號(hào)初步去噪 信號(hào)處理系統(tǒng)軟件流程 信號(hào)處理程序流程如下 : 1. 讀取 文件 ,獲得炮彈數(shù) ,傳感器數(shù)目及傳感器地址號(hào) . 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 38 2. 判斷程序循環(huán)次數(shù) (jj)是否大于傳感器數(shù)目 ,如果大于 ,則跳到第 13 步 ,否則繼續(xù)往下執(zhí)行 . 3. 讀取信息幀數(shù)據(jù) ,計(jì)算得出每個(gè)信號(hào)的起始時(shí)間 ,起始地址和文件長(zhǎng)度 ,即采集 到的數(shù)據(jù)量 . 4. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行第一次處理 :采用小波處理 (過程略 ). 5. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次處理 :各個(gè)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)分別采用滾動(dòng)平均法處理 . 6. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行第三次處理 :能量法處理 . 7. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行第四次處理 :總體歸一化處理 . 8. 尋找峰值時(shí)間 ,并對(duì)各個(gè)峰值時(shí)間所在的信號(hào)段進(jìn)行能量積累 . 9. 對(duì)各個(gè)信號(hào)的積累能量排序 . 10. 計(jì)算每個(gè)信號(hào)的真實(shí)時(shí)間 對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 39 11. 根據(jù)排序后的積累能量 ,我們找出所要求個(gè)數(shù)的時(shí)間數(shù)據(jù)并輸出到文件中 . 12. 跳轉(zhuǎn)至第 2 步 . 13. 結(jié)束程序 . 注釋 :在第 8步處理中 ,我們先比較每個(gè)信號(hào)段里 的數(shù)據(jù) ,如果大于一定閾值的數(shù)據(jù)的數(shù)量 ,即波形的寬度大于一定的要求時(shí) ,我們就認(rèn)為這個(gè)信號(hào)段是有用的信號(hào) ,因此我們就取信號(hào)中大于閾值的第一個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)地攻擊檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)說明書 40 對(duì)應(yīng)的時(shí)間為信號(hào)時(shí)間 . 8 評(píng)估決策子系統(tǒng) 用適當(dāng)?shù)能浖_發(fā)工具計(jì)算出彈著點(diǎn)坐標(biāo)，并用圖形方式顯示出來，可實(shí)時(shí)計(jì)算出炸彈的命中率，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)，供以后查詢。這部分需要注意的是數(shù)學(xué)模型的建立和計(jì)算方法的優(yōu)化，用最短的時(shí)間精確地得到計(jì)算結(jié)果。該系統(tǒng)不可或缺，因?yàn)槠渌到y(tǒng)作用的結(jié)果只有通過該系統(tǒng)體現(xiàn)出來，并作為綜合評(píng)估部隊(duì)訓(xùn)練水平的可靠依據(jù)。評(píng)估軟件子系統(tǒng)包括以下模塊： 系統(tǒng)布陣模塊 通過系統(tǒng)布陣模塊，操作員可以根據(jù)實(shí)際情況，如炮彈的種類、靶場(chǎng)的地貌、地形等選擇相應(yīng)的陣型，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。如果射擊目標(biāo)的范圍在 500m*500m以內(nèi) (要求誤差小于 5m)，靶場(chǎng)的地形較平坦，是平原或沙灘則可采用單陣（所謂單陣，即在目標(biāo)范圍邊緣區(qū)域設(shè)置四個(gè)聲音傳感器用于采集炮彈爆炸聲音信號(hào)）。如果目標(biāo)的范圍大于500m*500m，靶場(chǎng)的地形較崎嶇，是山地或丘陵則可采用復(fù)陣（所謂復(fù)陣，即在目標(biāo)范圍區(qū)域內(nèi)按一定的方位設(shè)置多個(gè)聲音傳感器采集炮彈爆炸聲音信號(hào)）。 系統(tǒng)