基于补偿和反馈的参量声源信号处理方法研究与实现

摘要

参量声源是一种根据声参量阵原理，利用声波在空气中的非线性传播效应以产生高指向性可听声的新型声源。本文主旨是在分析现有参量声源信号处理方法信号失真的基础上，提出了一种基于补偿和反馈的信号处理方法，建立起了响应的理论模型，通过仿真分析验证了其有效性，并在DSP平台上实现了其中的补偿处理方法，最后对该补偿处理方法性能进行了实验验证。
　　本文对参量声源信号处理方法中常用的单边带(Single Side Band,SSB)调制方法所存在的互调失真进行了详细的分析，明确了SSB自解调信号中原始可听声信号以及失真信号与输入信号幅值和调制系数之间的关系，通过向输入信号中插入适当幅值和相位的互调失真项以有效抵消低阶互调失真项，据此提出了一种可多阶实现的SSB调制补偿方法，建立了相应的理论模型，并通过仿真分析验证了该补偿算法的有效性，重点分析了一阶和二阶的SSB补偿算法，明确了SSB补偿算法失真与调制系数、补偿阶数以及输入信号幅值的关系。
　　此外，针对功率放大器和超声换能器引入的失真提出了反馈处理方法。通过引入反馈跟踪功率放大器及超声换能器的工作状态，实时调整功放端输入信号以稳定换能器输出。在实时跟踪过程中需预测功率放大器及超声换能器的传递函数，本文重点分析了基于线性(一元一次函数)拟合和改进的基于一元二次函数拟合预测的反馈算法。通过仿真分析验证了该反馈算法可以有效减小换能器端信号的误差，明确了该反馈算法与传递函数变化幅值以及变化频率的关系。
　　最后根据理论分析以及仿真结果，在ADSP-BF533平台上实现了一阶SSB调制补偿算法，给出了参量声源实现的系统结构，分析了通过有限冲击响应(Finite Impulse Response,FIR)滤波器实现希尔伯特变换的方法，实时延时处理方法，输入信号插值处理方法以及载波生成的方法，给出了DSP程序实现的流程，明确了DSP各模块初始化的方法，同时搭建了相应的实验测试平台。实验结果表明，本文所提出的SSB调制补偿算法能够有效降低参量声源SSB调制的互调失真。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及现状

1.2 研究内容及意义

1.3 论文内容安排

第二章 参量声源信号处理的理论基础

2.1 参量声源基本原理

2.2 Westervelt方程

2.3 Berktay远场解

2.4 理想包络条件分析

2.5 本章小结

第三章 参量声源SSB补偿算法研究

3.1 SSB调制原理

3.2 SSB调制失真分析

3.3 SSB调制补偿算法

3.4 SSB补偿算法实现及仿真分析

3.5 本章小结

第四章 参量声源反馈算法研究

4.1 反馈算法提出

4.2 反馈算法实现

4.3 反馈算法仿真分析

4.4 改进反馈算法

4.5 本章小结

第五章 参量声源补偿算法实现及实验验证

5.1 参量声源实现的系统构成

5.2 ADSP-BF533简介

5.3 一阶SSB补偿算法实现

5.4 SSB补偿算法实验验证

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果