分数阶Fourier变换在水声定位中的应用

论文摘要

随着水声事业的发展,水声定位技术越来越受到人们的重视。对定位技术的实现方法也成为了研究的热点。在本文中,我们主要采用双曲面交汇算法对长基线定位算法进行解算,不论采用线性解算还是非线性解算方式都需要获得目标和各个接收基阵的距离值。本文中主要采用分数阶Fourier变换来获得距离值。实际上是利用分数阶Fourier变换获得目标发射信号到达接收基阵的时延量,从而获得距离值。分数阶Fourier变换可以有效的分析线性调频信号,它对线性调频信号具有聚焦作用,利用这种聚焦性可以对线性调频信号进行检测。本文利用分数阶Fourier变换进行线性调频信号检测后,利用线性调频信号的峰值位置移动和时域缺失点数的对应关系对线性调频信号进行时延估计,将测时方式转换为测频方式。利用这种方式获得的精度主要与峰值第一次发生移动时时域缺失的点数有关,为了提高利用分数阶Fourier变换测时延的精度,需要对发射波形进行了进一步的设计：在不增加计算量的前提下增加信号的带宽并将发射信号截断一定点数以提高峰值第一次移动时的敏感程度。与匹配滤波器进行比较得到较高的精度。同时,在水声环境中还存在多普勒频偏和多径等现象,这些现象对利用测频方式获得时延量的测量方法影响较大。本文采用自适应Notch滤波器跟踪单频脉冲的中心频率,追踪到频偏量后在接收端进行频率补偿；利用Rake接收机采用最大值合并方式可以减小多径的影响,并提高输出信噪比。本文在利用Matlab完成定位算法仿真的基础上在TI公司的TMS320C6416芯片上对分数阶Fourier变换算法和时延测量方法进行了移植。在移植过程中完成了外部接口设计以及L2(二级存储器)与SDRAM中的数据传输。最后对整个数字处理平台进行程序优化,可实现分数阶Fourier变换的实时实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 信号检测与估计理论概述
• 1.2 水声定位技术的发展和现状
• 1.3 分数阶Fourier的起源与发展现状
• 1.4 本文的内容安排
• 第2章 水声定位技术
• 2.1 引言
• 2.1.1 水声定位系统概述
• 2.1.2 水声信道的特点
• 2.1.3 水声合作目标定位的基本原理
• 2.2 双曲面交汇算法的原理及解算
• 2.2.1 双曲面交汇算法的线性解算
• 2.2.2 双曲面交汇算法的非线性解算
• 2.3 双曲面交汇算法数据处理
• 2.3.1 界面多途测深原理
• 2.3.2 数据的预处理
• 2.3.3 定位算法的步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 分数阶Fourier变换在定位中的应用方法
• 3.1 分数阶Fourier变换的理论介绍
• 3.1.1 分数阶Fourier变换的定义
• 3.1.2 离散分数阶Fourier变换
• 3.2 利用分数阶Fourier进行测量时延
• 3.2.1 分数阶Fourier变换检测LFM信号
• 3.2.2 分数阶Fourier变换测时延
• 3.3 补偿多普勒频偏和改善多径干扰的技术
• 3.3.1 自适应Notch滤波器
• 3.3.2 Rake接收机
• 3.4 轨迹测量系统仿真
• 3.4.1 单点定位效果仿真
• 3.4.2 轨迹追踪效果图
• 3.5 本章小结
• 第4章 分数阶Fourier变换测时延的DSP实现
• 4.1 通用定点数字信号处理器——TMS320C6416
• 4.1.1 TMS320C6416的结构及特点
• 4.1.2 TMS320C6416的片内存储器
• 4.2 TMS320C6000的软件开发环境CCS
• 4.2.1 TMS320C6000代码产生工具
• 4.2.2 CCS集成开发环境
• 4.3 EDMA
• 4.3.1 EMIF简介
• 4.3.2 EDMA构成
• 4.3.3 EDMA数据传输
• 4.4 分数阶Fourier变换时延的DSP实现
• 4.4.1 分数阶Fourier变换的DSP实现
• 4.4.2 分数阶Fourier变换时延测量的DSP实现
• 4.4.3 程序的优化
• 4.5 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