淺海條件下主動(dòng)聲吶目標(biāo)探測若干方法研究.pdf

1、為了提高主動(dòng)聲吶系統(tǒng)對目標(biāo)的探測能力,本文以淺海水聲環(huán)境為應(yīng)用場合,以線譜信號為主線,分別針對高分辨能力聲吶信號設(shè)計(jì)及其檢測方法、線譜信號高分辨頻率估計(jì)方法以及基于單頻水聲信號的多徑時(shí)延估計(jì)算法等方面,進(jìn)行了深入系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要研究內(nèi)容包括:
　　1.在對常用聲吶信號以及傳統(tǒng)梳狀譜信號進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,提出了一種新的梳狀譜信號設(shè)計(jì)方法。該波形設(shè)計(jì)方法通過在頻點(diǎn)間加入一比例序列作為抗速度模糊頻率間隔,有效的降低了多普勒頻譜

2、混疊,并根據(jù)梳狀譜信號的頻譜特點(diǎn),利用分集發(fā)射的形式,并對每幀信號設(shè)定不同的多普勒測速范圍及頻帶范圍,不但更高效的利用頻帶資源,而且可以有效提高系統(tǒng)的探測幀率。仿真分析證明了本文提出的設(shè)計(jì)方法具有更好的時(shí)延與頻移分辨能力,并有效提高了系統(tǒng)的測速精度以及混響抑制能力。針對梳狀譜信號峰均功率比較高的特點(diǎn),提出了一種改進(jìn)的快速相位優(yōu)化算法,新方法在保證計(jì)算量顯著減小的前提下,能有效的降低發(fā)射信號的峰均功率比。
　　2.針對梳狀譜信號檢測

3、的問題,提出一種基于頻域匹配搜索的梳狀譜信號檢測方法。梳狀譜信號的多普勒容限較小,針對傳統(tǒng)的多匹配/拷貝相關(guān)檢測方法運(yùn)算量較大的問題,本文根據(jù)梳狀譜頻譜多峰結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出了一種基于頻域匹配搜索的檢測算法:利用信號與噪聲頻域分布的差別,通過在頻域?qū)︻l點(diǎn)匹配搜索積累的方法實(shí)現(xiàn)了對于多普勒回波信號的檢測以及速度估計(jì),有效的降低了運(yùn)算量。針對低信噪比條件下信號檢測的問題,根據(jù)梳狀譜信號的特點(diǎn),通過瞬時(shí)相關(guān)積分法有效提高了接收信號的信噪比。仿真

4、實(shí)驗(yàn)證明在噪聲、混響條件下,本文算法均具有較好的信號檢測以及速度估計(jì)能力,將此預(yù)處理方法與頻域搜索方法相結(jié)合可進(jìn)一步提高其檢測與估計(jì)性能。
　　3.針對低信噪比條件下的線譜信號頻率提取問題,提出了基于雙遞歸自適應(yīng)濾波的高精度頻率估計(jì)算法。對線譜信號頻率的提取一直是目標(biāo)特征估計(jì)的重要參數(shù),傳統(tǒng)的頻率估計(jì)方法如:短時(shí)傅里葉變換方法、準(zhǔn)正交采樣頻率估計(jì)方法、過零頻率估計(jì)方法、基于時(shí)頻分析的頻率估計(jì)方法等,或受限于計(jì)算量或?qū)υ肼暠容^敏感。

5、基于二階自適應(yīng)陷波濾波器結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)瞬時(shí)頻率估計(jì)器,其算法簡單,可實(shí)現(xiàn)對信號的濾波、幅度及相位估計(jì),本文對其基本原理以及其性能進(jìn)行了詳細(xì)的描述,并推導(dǎo)了Notch濾波器濾波輸出瞬時(shí)頻率方差與濾波器中心頻點(diǎn)以及信噪比條件的關(guān)系,根據(jù)以上分析提出了一種基于雙遞歸自適應(yīng)濾波的頻率估計(jì)方法,通過將多個(gè)自適應(yīng)Notch濾波器組成遞歸環(huán)路,通過對濾波器輸出瞬時(shí)頻率方差的分析進(jìn)行濾波器參數(shù)的更新,以達(dá)到更優(yōu)的濾波輸出結(jié)果。仿真分析表明:雙遞歸自適應(yīng)濾

6、波方法具有良好的噪聲抑制能力,能夠?qū)崿F(xiàn)低信噪比條件下的信號檢測與頻率估計(jì)。
　　4.針對線譜信號多途時(shí)延提取的問題,提出了基于同態(tài)濾波的時(shí)延估計(jì)算法。針對窄帶信號多途時(shí)延估計(jì)的問題,推導(dǎo)了倒譜算法獲取多途時(shí)延估計(jì)的原理,針對其對噪聲較敏感的問題,提出了一種基于對數(shù)域譜減法的同態(tài)濾波時(shí)延估計(jì)算法:利用主動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn),充分利用信號的先驗(yàn)信息,將信號項(xiàng)在對數(shù)域消除,并對相減后的信號通過濾波算法消除其殘余的信號成分以及噪聲項(xiàng),再將信號恢復(fù)