未知参量脉冲信号的检测与时延估计方法研究

论文摘要

本文以某水声定位系统为背景,主要对主动工作方式下浮标基声学信号处理软件进行设计,包括检测待测目标发射的频率未知、周期不定的侦察信号和加装在待测目标上的合作声源所发射的信号,估计信号时延等重要参数,并将结果通过无线电链路上传至显控系统。本文采用自适应滤波器实现信号的检测与时延估计,具体方法为利用自适应Notch滤波器提取信号包络,信号包络的前沿时刻即为时延估计值,利用包络检波器与鉴宽器联合检测信号并测量时延值,利用瞬时频率方差检测器抗尖脉冲干扰与通道串漏。在非对抗条件下,考虑到水声相干多途信道中发生反相叠加后产生漏报现象,对信号检测方法进行了改进,并采取“分群开窗”的方法选取信号的直达声。在水声对抗条件下,分析了待测目标发射的侦察信号与对抗器材发射的模拟回波信号之间的关系,包括两者直达声之间的关系与两者的相互叠加情况等。在此基础上提出了一种基于时延匹配与信号多普勒的侦察信号直达声的辨识方法,实现在受模拟回波信号及其多途序列干扰的脉冲中正确辨识侦察信号直达声,仿真结果与实验室联调结果验证了该方法的有效性与可行性。在某水声定位系统的信号接收处理机上实现信号检测与时延估计算法,软件由C语言与汇编语言混编的方式实现,为提高算法的效率保证时实性,Notch滤波与VIFD部分用汇编语言实现。论文设计了各模块具体的实现方法与软件流程,并简单介绍了DSP芯片资源的管理与分配情况。松花湖湖试的时延测量结果与利用时延进行的定位结果进一步证明了算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文来源及背景
• 1.2 水声单频信号处理方法概述
• 1.3 传统时延估计方法概述
• 1.4 数字信号处理芯片和开发环境简介
• 1.4.1 TMS320VC5509A处理器的性能
• 1.4.2 开发环境CCS简介
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 非对抗条件下信号处理理论与仿真
• 2.1 引言
• 2.2 基于自适应Notch滤波器的参数估计
• 2.2.1 自适应Notch滤波器的原理
• 2.2.2 多通道自适应Notch滤波器
• 2.2.3 基于自适应Notch滤波器的参数估计
• 2.3 联合检测
• 2.3.1 包络检波器与鉴宽器联合检测
• 2.3.2 瞬时频率方差检测器
• 2.3.3 包络检波器、鉴宽器与VIFD的联合检测
• 2.4 自适应Notch滤波器参数的选取
• 2.5 水声相干多途信道中的信号处理策略
• 2.5.1 水声相干多途信道
• 2.5.2 脉冲叠加的影响及抑制策略
• 2.5.3 有效脉冲挑选
• 2.6 本章小结
• 第3章 对抗条件下信号处理理论与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 侦察信号与模拟回波之间的关系
• 3.2.1 两种信号直达声之间的时延差
• 3.2.2 两种信号叠加关系
• 3.2.3 各浮标接收信号时延曲线
• 3.3 基于时延匹配及信号多普勒的侦察信号辨识方法
• 3.3.1 基于时延匹配的模拟回波剔除方法
• 3.3.2 基于多普勒匹配的多途抑制方法
• 3.3.3 信号处理流程
• 3.4 仿真结果
• 3.4.1 定点结果
• 3.4.2 动点结果
• 3.5 存在问题
• 3.6 本章小结
• 第4章 浮标基声学信号处理软件设计
• 4.1 工作平台及信号处理流程
• 4.1.1 工作平台
• 4.1.2 信号处理流程
• 4.2 浮标基声学信号处理的功能模块设计
• 4.2.1 预处理
• 4.2.2 自适应门限
• 4.2.3 自适应Notch滤波与瞬时频率估计
• 4.2.4 信号检测与时延估计
• 4.2.5 有效脉冲挑选
• 4.3 DSP芯片资源管理与分配
• 4.3.1 DSP内存的管理与分配
• 4.3.2 中断的管理
• 4.4 声学处理平台与通信平台之间的通信
• 4.4.1 处理通信指令
• 4.4.2 发送数据至通信模块
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验结果
• 5.1 实验室联调
• 5.1.1 时延测量结果
• 5.1.2 系统定位结果
• 5.2 湖上实验
• 5.2.1 时延测量结果
• 5.2.2 系统定位结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢