Abstract The second order Cyclostationarity Analysis (CA) is gaining attention for detection and classification of marine vehicles driven by propellers in broadband passive sonar systems, in which the Detection of Envelope Modulation On Noise (DEMON) is a standard tool for the same purpose. In this paper both CA and DEMON are discussed in the form of discrete digital formulae. It is shown that the three cyclo-spectra obtained by the DEMON analysis, the coherent integration of the Cyclic Modulation Spectra (CMS) and the coherent integration of the Cyclic Modulation Coherence (CMC) are equivalent to each other when the same frequency band and duration are chosen for calculating all of them. This equivalence is further explained based on the physical characteristic of cyclic modulation (also called amplitude modulation), that is, the same harmonic of cyclic modulation at different carrier frequencies is in-phase. For detection and/or classification of propeller signals a Coherent Integration and Quadratic Detection Law (CIQDL) is proposed to construct cyclo-spectra from the CMS and CMC. The performance of the thus constructed cyclo-spectra are compared with that of cyclo-spectra constructed using the Quadratic Detection Law (QDL). The SNR gain of the CIQDL over the QDL is derived theoretically and the gain is always larger than unity, indicating that the CIQDL outperforms the QDL. Both simulation and sea-trial data are used to demonstrate the in-phase characteristic. The performances of the CIQDL and the QDL are also quantitatively assessed using both simulation and sea-trial data.

中文翻译：

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使用循环平稳性分析自动检测水下螺旋桨信号

摘要 二阶循环平稳性分析（CA）在宽带无源声纳系统中由螺旋桨驱动的船用车辆的检测和分类受到关注，其中噪声包络调制检测（DEMON）是用于同一目的的标准工具。在本文中，CA 和DEMON 都以离散数字公式的形式进行讨论。表明DEMON分析得到的三个循环谱、循环调制谱(CMS)的相干积分和循环调制相干(CMC)的相干积分在相同频段和持续时间下是等效的被选择用于计算所有这些。根据循环调制（也称为幅度调制）的物理特性进一步解释这种等价性，即，不同载波频率下循环调制的相同谐波是同相的。对于螺旋桨信号的检测和/或分类，建议使用相干积分和二次检测定律 (CIQDL) 来构建来自 CMS 和 CMC 的循环谱。将如此构建的环谱的性能与使用二次检测定律 (QDL) 构建的环谱的性能进行比较。CIQDL 相对于 QDL 的 SNR 增益是从理论上推导出来的，增益总是大于 1，表明 CIQDL 优于 QDL。模拟和海试数据都用于证明同相特性。CIQDL 和 QDL 的性能也使用模拟和海试数据进行定量评估。对于螺旋桨信号的检测和/或分类，提出了相干积分和二次检测法则 (CIQDL) 以从 CMS 和 CMC 构建循环谱。将如此构建的环谱的性能与使用二次检测定律 (QDL) 构建的环谱的性能进行比较。CIQDL 相对于 QDL 的 SNR 增益是从理论上推导出来的，增益总是大于 1，表明 CIQDL 优于 QDL。模拟和海试数据都用于证明同相特性。CIQDL 和 QDL 的性能也使用模拟和海试数据进行定量评估。对于螺旋桨信号的检测和/或分类，建议使用相干积分和二次检测定律 (CIQDL) 来构建来自 CMS 和 CMC 的循环谱。将如此构建的环谱的性能与使用二次检测定律 (QDL) 构建的环谱的性能进行比较。CIQDL 相对于 QDL 的 SNR 增益是从理论上推导出来的，增益总是大于 1，表明 CIQDL 优于 QDL。模拟和海试数据都用于证明同相特性。CIQDL 和 QDL 的性能也使用模拟和海试数据进行定量评估。将如此构建的环谱的性能与使用二次检测定律 (QDL) 构建的环谱的性能进行比较。CIQDL 相对于 QDL 的 SNR 增益是从理论上推导出来的，增益总是大于 1，表明 CIQDL 优于 QDL。模拟和海试数据都用于证明同相特性。CIQDL 和 QDL 的性能也使用模拟和海试数据进行定量评估。将如此构建的环谱的性能与使用二次检测定律 (QDL) 构建的环谱的性能进行比较。CIQDL 相对于 QDL 的 SNR 增益是从理论上推导出来的，增益总是大于 1，表明 CIQDL 优于 QDL。模拟和海试数据都用于证明同相特性。CIQDL 和 QDL 的性能也使用模拟和海试数据进行定量评估。模拟和海试数据都用于证明同相特性。CIQDL 和 QDL 的性能也使用模拟和海试数据进行定量评估。模拟和海试数据都用于证明同相特性。CIQDL 和 QDL 的性能也使用模拟和海试数据进行定量评估。