基于矢量水听器的确知信号检测方法研究与DSP实现

摘要

在水声工程中，有时候需要对确知信号进行检测，例如主动声纳和水声通信等。当声信号在水中衰减严重时，声纳系统就很难检测出信号，研究微弱的确知信号检测问题对提高声纳系统的作用距离有着深远的意义，另外，矢量水听器的应用是水声工程领域研究的热门课题，所以本文利用矢量水听器，对微弱确知信号检测问题进行深入研究。主要研究了单频连续信号的检测问题，另外也研究了线性调频脉冲信号的检测问题。
　　 在研究单频确知信号的检测问题时，本文采用了三种方法：多重自相关法，锁相放大法和随机共振法。对三种方法进行了公式推导，Matlab仿真，和快速算法开发。研究表明：多重自相关法的性能主要受输入信噪比，信号长度和迭代次数等参数的影响，若输入信噪比越高，信号长度越长，迭代次数越多，方法性能越好，多重自相关法比较适合于单频连续信号检测。对于锁相放大法，其性能受积分时间和多普勒频移的影响，积分时间越长锁相放大法的效果越好。锁相放大法对多普勒频移十分敏感，很小的频移也会影响方法的性能。随机共振法是一种非线性方法，随机共振的参数对于随机共振的性能有着一定的影响，在处理实验数据中，发现随机共振的克莱默斯速率远低于信号频率时，输出信号有明显的低频成分，造成输出信号的畸变，研究发现可以根据确知信号的频率动态调节随机共振的参数a和b来改变克莱默斯速率从而消除输出信号的畸变。对于三种方法的综合研究表明，在对单频连续信号检测方面，多重自相关法性能最好，其次为随机共振法，锁相放大法对于门限的设置比较困难而且对频率的偏移敏感，所以性能比较差。
　　 文章还对宽带信号的检测进行了研究，主要研究了如何对LFM脉冲信号进行有效检测，沿用了雷达和声纳系统中的经典方法一脉冲压缩技术，对该方法进行了计算机仿真和实验数据处理，并编写了快速算法-重叠保留法的DSP程序。研究发现，脉冲压缩法是一种简捷有效的方法，其快速算法实现起来也十分方便，脉冲压缩技术的性能受脉冲持续时间的影响，脉冲持续时间越长，脉冲压缩的性能越好。