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水声信号宽线性滤波方法研究

2020-12-08阅读(479)

水声信号宽线性滤波方法研究

论文摘要

水声脉冲信号的瞬时频率估计和多目标干扰条件下的目标分辨问题一直是水声信号处理领域的难点和热点问题。近些年来发展迅速的非圆信号宽线性滤波方法成为信号处理领域中一个新兴的研究方向,相较于线性处理方法,宽线性处理方法同时考虑了复信号及其共轭分量,增加了信息量,改善了信号处理的性能。压差式矢量水听器的声压和振速响应具有正交特性,为利用宽线性滤波方法提供了可能性。本文在对宽线性时域滤波和空域滤波技术基本理论进行研究的基础上,基于矢量水听器声压振速响应的联合处理,研究了水声宽线性瞬时频率估计方法以及水声阵列信号宽线性波束形成方法。本论文研究工作的主要贡献和创新点归纳如下:(1)提出压差式矢量水听器声压和振速响应联合宽线性处理方法。将单矢量水听器的声压和振速响应分别作为复信号的实部和虚部,进行联合处理。运用宽线性时域滤波方法可以用于瞬时频率估计,以提高频率时变信号的瞬时频率估计精度;运用宽线性波束形成方法,以提高矢量水听器阵列的多目标分辨能力。(2)提出基于ACLMS算法的单矢量水听器宽线性瞬时频率估计算法。为了提高水声信号瞬时频率估计精度,将矢量水听器的声压和振速响应构成复信号,推导了基于ACLMS算法的三组宽线性瞬时频率估计方程,通过仿真、消声水池实验以及海试数据分析对算法进行了验证。结果表明,在高信噪比条件下,该算法较传统的短时傅里叶变换方法和基于线性滤波模型的CLMS算法性能更优。(3)研究了基于矢量水听器阵列的宽线性波束形成算法。为了提高水声信号阵处理增益和多目标分辨能力,将宽线性处理方法应用于矢量水听器阵列信号处理,将矢量水听器阵列的声压和振速响应构成复信号矢量作为期望信号,进行宽线性波束形成。通过仿真分析,比较了宽线性波束形成器与传统线性MVDR波束形成器的性能,结果表明宽线性波束形成方法提高了波达方向估计的分辨率和输出信噪比;海试数据处理结果也验证了算法的可行性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 常用英文缩写
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 宽线性滤波国内外研究现状
  •     1.2.2 矢量声信号处理国内外研究现状
  •   1.3 论文组织结构
  • 第二章 宽线性滤波理论基础
  •   2.1 圆信号与非圆信号
  •   2.2 宽线性滤波器
  •     2.2.1 宽线性滤波器数学模型
  •     2.2.2 宽线性滤波器均方误差分析
  •   2.3 时域宽线性滤波理论基础
  •     2.3.1 ACLMS算法原理
  •     2.3.2 ACLMS算法收敛性能分析
  •     2.3.3 ACLMS算法稳态均方误差分析
  •   2.4 空域宽线性滤波理论基础
  •     2.4.1 阵列信号处理基础
  •     2.4.2 最小方差无畸变响应波束形成算法
  •     2.4.3 宽线性波束形成理论
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 单矢量水听器宽线性瞬时频率估计方法
  •   3.1 压差式矢量声压和振速响应特性分析
  •   3.2 基于ACLMS算法的矢量水听器宽线性瞬时频率估计方法
  •   3.3 仿真及分析
  •     3.3.1 基于ACLMS算法的三种瞬时频率估计方法仿真对比分析
  •     3.3.2 ACLMS算法与STFT算法仿真对比分析
  •     3.3.3 ACLMS算法与CLMS算法仿真对比分析
  •   3.4 实验数据分析
  •     3.4.1 消声水池试验
  •     3.4.2 海试数据分析
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 基于矢量水听器阵列的宽线性波束形成方法
  •   4.1 经典宽线性波束形成算法分析
  •     4.1.1 宽线性MVDR波束形成器数学建模
  •     4.1.2 时不变宽线性最小方差无畸变（TI WL MVDR）波束形成
  •     4.1.3 最优宽线性最小方差无畸变波束形成
  •     4.1.4 仿真结果
  •   4.2 基于矢量水听器阵列的宽线性波束形成方法
  •     4.2.1 矢量水听器阵列处理基础
  •     4.2.2 矢量水听器阵宽线性波束形成仿真分析
  •   4.3 海试数据分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者简介

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 彭盼盼

    导师: 安良

    关键词: 矢量水听器,宽线性滤波,瞬时频率估计,宽线性波束形成

    来源: 东南大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 物理学,工业通用技术及设备

    单位: 东南大学

    分类号: TB56

    DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.002218

    总页数: 83

    文件大小: 13732K

    下载量: 40

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