短基線聲速測量中的信號優(yōu)化問題研究.pdf

1、在短基線聲速測量系統(tǒng)中，通過測量聲信號在基線間的渡越時間，可以獲得聲速量值。在信噪比和測量鏈特性一定的條件下，選擇合適的發(fā)射信號波形，能夠提高聲速測量的精度。問題是什么信號波形才能使得測量誤差最??？本文將此問題稱為聲速測量中的信號優(yōu)化（設計）問題。以此為主題，論文重點研究了以下四個關鍵技術問題：
　　1．高信噪比條件下發(fā)射信號優(yōu)化問題。測量信號優(yōu)化問題復雜，涉及到信號類型、測量鏈傳遞特性、優(yōu)化準則和計算方法等多個元素。按照從簡單到

2、復雜的思路，首先研究最簡單情景——高信噪比條件下信號優(yōu)化。除發(fā)射信號能量受限外，高信噪比條件相當于無約束優(yōu)化。如何將發(fā)射脈沖參數(shù)化表示，結合測量鏈的傳遞特性，與測量誤差聯(lián)系起來，從而建立優(yōu)化準則，導出最優(yōu)化目標函數(shù)，給出最優(yōu)脈沖參數(shù)求解算法，是論文首要解決的關鍵問題。
　　2．給定信噪比條件下發(fā)射信號優(yōu)化問題。實際測量過程中，信噪比較低可能導致粗大測量誤差。對于給定的信噪比，是否存在某種發(fā)射信號，能回避粗大誤差、使測量精度最高？在

3、優(yōu)化準則下，如何將信噪比等價為優(yōu)化約束條件，針對信號模型參數(shù)，給出有效計算方法，是測量信號優(yōu)化中的又一關鍵問題。
　　3．長脈沖測量信號優(yōu)化問題。加長發(fā)射脈沖時間寬度，可以直接減小測量誤差，但同時使得優(yōu)化算法復雜度急劇上升、并有可能導致算法病態(tài)問題。當脈沖長度足夠大時，接收測量信號呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)特性，優(yōu)化模型中的系數(shù)矩陣趨近對角化矩陣形式；如何針對此特征，防止算法病態(tài)現(xiàn)象，提出穩(wěn)定、實用的優(yōu)化算法，是完善測量信號優(yōu)化設計的關鍵問題。

4、r>　　4．聲速測量鏈傳遞特性標定問題。測量鏈的特性決定了接收信號與發(fā)射信號之間的函數(shù)關系，從基礎上影響優(yōu)化結果。測量鏈中換能器及其配套電路具有較為復雜的儲能特性、換能特性和頻帶特性，要適用于短脈沖、精確標定其傳遞特性具有一定的難度，因而成為一個基礎性關鍵問題。
　　為解決上述關鍵技術問題，論文建立了測量信號模型和誤差模型；與誤差最小化等價，建立了測量信號靈敏度最大化準則。提出了一種適用于高信噪比的最優(yōu)發(fā)射脈沖設計方法，一種適用于