一種參量陣聲納瞬態(tài)寬帶激勵(lì)信號(hào)的遞推濾波調(diào)制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種參量陣聲納瞬態(tài)寬帶激勵(lì)信號(hào)的遞推濾波調(diào)制方法。本發(fā)明包括：將待處理信號(hào)采用遞推濾波器遞推濾波得到X(n+1)；得到包絡(luò)E(n+1)；包絡(luò)E(n+1)通過插值濾波器進(jìn)行升采樣后與數(shù)字化的載波信號(hào)進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制，通過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，得到參量陣發(fā)射系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)。本發(fā)明不但可以應(yīng)用于參量陣聲納，同樣亦可應(yīng)用于空氣中的聲學(xué)參量陣系統(tǒng)，隨著聲學(xué)參量陣的應(yīng)用日益廣泛，可以預(yù)見本發(fā)明將具有巨大的市場價(jià)值潛力。
【專利說明】
一種參量陣聲納瞬態(tài)寬帶激勵(lì)信號(hào)的遞推濾波調(diào)制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種參量陣聲納瞬態(tài)寬帶激勵(lì)信號(hào)的遞推濾波調(diào)制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]參量陣聲納在水(或空氣)介質(zhì)的非線性作用下，將產(chǎn)生二次波，該二次波具有高指向性的優(yōu)點(diǎn)，因而參量陣首先在聲納技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。在參量陣系統(tǒng)中，信號(hào)處理是參量陣系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，信號(hào)處理一般包括預(yù)處理及調(diào)制兩部分。最早的參量陣(或稱作聲頻定向系統(tǒng))的信號(hào)處理只是將信號(hào)作為包絡(luò)與載波進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制[1]，然后作為激勵(lì)信號(hào)通過參量陣系統(tǒng)發(fā)射出去，該方法實(shí)現(xiàn)簡單但是對(duì)于寬帶信號(hào)其失真是比較嚴(yán)重的。平方根調(diào)制方法[2]對(duì)信號(hào)進(jìn)行了預(yù)開方處理，然后與載波進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制，該方法明顯的減小了二次波的失真，如果在幅度調(diào)制前再進(jìn)行12dB/oct的補(bǔ)償濾波，則該方法滿足無失真條件，然而針對(duì)瞬態(tài)寬帶信號(hào)(尤其是未知信號(hào)參數(shù)的情況下)良好的12dB/oct的補(bǔ)償濾波器是不易實(shí)現(xiàn)且實(shí)現(xiàn)過程不夠靈活，不利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。單邊帶調(diào)制
[3]雖然與雙邊帶調(diào)制相比降低了換能器的帶寬限制，但對(duì)寬帶信號(hào)存在交調(diào)失真。雙積分預(yù)開方方法[4-5]，是嚴(yán)格符合Berktay遠(yuǎn)場解無失真條件的，但是在工程實(shí)際中應(yīng)用該方法時(shí)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行雙積分實(shí)現(xiàn)過程中，由于初值等因素的影響，其積分結(jié)果常?！l(fā)散’。其他調(diào)制方法[6-9]需要迭代計(jì)算，處理后雖然可接近無失真，但計(jì)算量較大不利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明依據(jù)Berktay遠(yuǎn)場解，推導(dǎo)出原波包絡(luò)與二次波時(shí)間序列的遞推關(guān)系，并以此設(shè)計(jì)遞推濾波器進(jìn)行信號(hào)處理，從而實(shí)現(xiàn)參量陣聲納瞬態(tài)寬帶激勵(lì)信號(hào)的遞推濾波調(diào)制。本發(fā)明特點(diǎn)是滿足Berktay遠(yuǎn)場解無失真條件，對(duì)瞬態(tài)、寬帶、未知的信號(hào)(例如語音信號(hào)，水下非合作目標(biāo)輻射或散射聲信號(hào))均可實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，且由于采用遞推方法計(jì)算量小，非常有利于實(shí)際工程中實(shí)時(shí)處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種參量陣聲納瞬態(tài)寬帶激勵(lì)信號(hào)的遞推濾波調(diào)制方法。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的；
[0005](I)將待處理信號(hào)p(n)采用遞推濾波器X(n+1) = p (n) +aX (n) -bX (η-1)遞推濾波得到 Χ(η+1)，1.80 彡 a 彡 1.94，0.81 彡 b 彡 0.94，/；(//)= /；2(/,^X A/，D 是常系數(shù)；
[0006](2)通過 Δ'(/?+ 1) = f Χ(/?+ 1)開方得到包絡(luò) Ε(η+1), cc 為正常數(shù)；
[0007](3)包絡(luò)E(n+1)通過插值濾波器進(jìn)行升采樣后與數(shù)字化的載波信號(hào)進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制，通過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，得到參量陣發(fā)射系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:
[0009]本發(fā)明采用遞推方法，每一時(shí)刻的遞推值只需要2次乘法、2次加法和I次開方運(yùn)算，計(jì)算量小速度快，因此非常有利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。也由于采用遞推計(jì)算，在計(jì)算X(n+1)的值只需要存儲(chǔ)η時(shí)刻的ρ (η)和Χ(η)值以及η_1時(shí)刻的X(n_l)值，因此所需存儲(chǔ)空間極小，可大大降低硬件成本。在運(yùn)算復(fù)雜度、計(jì)算效率和成本上與其他現(xiàn)有的參量陣信號(hào)處理方法相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明嚴(yán)格依據(jù)Berktay遠(yuǎn)場解推導(dǎo)得到遞推關(guān)系，因此本發(fā)明的信號(hào)處理方法滿足無失真條件。本發(fā)明與同樣滿足無失真條件的雙積分后開方法相比的優(yōu)點(diǎn)是，受初值影響小且不‘發(fā)散’。與本領(lǐng)域里常用的平方根預(yù)處理的調(diào)制方法相比，本發(fā)明具有天然的無失真特性，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖6與圖9所示，同樣的信號(hào)，通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無需補(bǔ)償，而平方根預(yù)處理的調(diào)制方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了幅度損失。此外，本發(fā)明與平方根預(yù)處理后幅度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制方法相比，不需要設(shè)計(jì)12/oct幅度補(bǔ)償濾波器，在實(shí)際應(yīng)用中更加靈活，有利于對(duì)未知信號(hào)情況下的處理實(shí)現(xiàn)。參量陣聲納是具有高技術(shù)含量的產(chǎn)品，本發(fā)明不但可以應(yīng)用于參量陣聲納，同樣亦可應(yīng)用于空氣中的聲學(xué)參量陣系統(tǒng)(或稱作聲頻定向系統(tǒng))，隨著聲學(xué)參量陣的應(yīng)用日益廣泛(參量陣聲頻定向傳輸系統(tǒng)、聲音定向抵消系統(tǒng)等等)，可以預(yù)見本發(fā)明將具有巨大的市場價(jià)值潛力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是總體技術(shù)方案；
[0011]圖2是信號(hào)P (η);
[0012]圖3是遞推濾波出的激勵(lì)信號(hào)包絡(luò)；
[0013]圖4是激勵(lì)信號(hào)；
[0014]圖5是水聽器接收到的原波信號(hào)；
[0015]圖6是水聽器接收到的二次波信號(hào)；
[0016]圖7是平方根法計(jì)算的包絡(luò)；
[0017]圖8是激勵(lì)信號(hào)；
[0018]圖9是水聽器接收到的二次波信號(hào)；
[0019]圖10是參量陣激勵(lì)信號(hào)；
[0020]圖11是水聽器接收到的二次波信號(hào)。

【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0022]首先簡要介紹本發(fā)明的技術(shù)原理推導(dǎo)過程，然后介紹本發(fā)明的技術(shù)方案和其中的技術(shù)要點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明技術(shù)原理推導(dǎo):
[0024]Berktay遠(yuǎn)場解為

【權(quán)利要求】
1.一種參量陣聲納瞬態(tài)寬帶激勵(lì)信號(hào)的遞推濾波調(diào)制方法，其特征在于:(1)將待處理信號(hào)P(H)采用遞推濾波器X(n+1)=p(n)+aX(n)-bX(n-l)遞推濾波得到X(n+1), 1.80 彡 a 彡 1.94,0.81 ^ b ^ 0.94，/?(?)= "2(")ΧΔ,，D 是常系數(shù)；

D (2)通過Z.■:0+ l.) = Λ/?r + H? + l)開方得到包絡(luò)E(n+l), cc為正常數(shù)； (3)包絡(luò)E(n+1)通過插值濾波器進(jìn)行升采樣后與數(shù)字化的載波信號(hào)進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制，通過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，得到參量陣發(fā)射系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S7/52GK104199037SQ201410384623
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】朱廣平, 孫輝 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)