[發明專利]一種水聲多途信道下聲脈沖信號重構方法

有效

• 申請號: 201310322325.7
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103840893A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 付進;王燕;梁國龍;許琬琰;張瑤;林旺生
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種水聲信號處理技術方法，具體涉及水聲多途信道中的多途影響抑制及聲脈沖信號重構的方法。

背景技術

脈沖信號是水聲領域最常用的信號形式之一。受海底、海面及介質不均勻性的影響，海洋中的信號傳播呈現多途特性，發射信號經過不同路徑到達接收點，它們相互干涉疊加，導致接收點信號相對發射信號畸變嚴重，這為后續的信號檢測、參數估計等信號處理帶來很大困難。因此，采取有效措施實現抗信道多途是水聲信號處理的關鍵技術之一。

按照射線聲學的理論，水聲信道的輸出可以等效為輸入信號和信道單位沖激響應的時域卷積，因此水聲多途信道可被看作一種卷積性干擾。同態濾波技術作為一種非線性信號處理技術，可將信號間的卷積關系轉換成加性關系，再通過特征濾波器將兩者分離，從而實現抗卷積干擾和信號重構的目的。

在同態濾波過程中，特征濾波器的構建是一個非常重要的環節，也是影響信號重構（提純）效果的關鍵所在，許多學者就此問題展開了研究。李爽（[1]同態濾波技術在水聲信道中的應用．哈爾濱工程大學碩士學位論文．2010.：28-30頁）提出可以采用線性濾波器將信道的倒譜分量濾除，獲得直達聲信號的倒譜，朱家兵（[2]倒譜技術的無源雷達直達波提純方法．現代雷達．2007.8：75-78頁）對現有的特征濾波方法進行了綜合分析，包括低通濾波器和梳狀濾波器。研究結果表明，低通濾波器會損失高時部分的信號復倒譜信息，因而重構誤差較大；而梳狀濾波器需要估計每條多途時延，構建條件嚴苛。因此，特征濾波構建仍然是同態濾波及信號重構技術的熱點和難點問題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種構建簡易、濾波效果良好的復倒譜域特征濾波方法,實現將信道輸出信號中的多途信道分量濾除、重構激勵源信號的目的。

本發明的目的是這樣實現的：

(1)將信道輸出信號經過卷積同態特征系統，將信號從時域轉換到復倒譜域；

(2)利用基于尖峰搜索思想構建復倒譜域濾波器并進行濾波，即根據信道的復倒譜特性，在復倒譜域上采用尖峰搜索的方法自動搜尋多途尖峰脈沖并對其進行平滑處理，從而實現復倒譜多途干擾的濾除；

(3)將濾波后的結果經過卷積同態逆特征系統，實現聲脈沖信號的重構。

所述利用基于尖峰搜索思想構建復倒譜域濾波器并進行濾波具體包括：

1）確定尖峰搜索的起始點n₀；

2）多途尖峰脈沖搜索，從起始點n₀開始逐點處理，通過能量判決及尖峰辨識組合策略完成多途尖峰脈沖的搜索；

3）多途尖峰脈沖濾除，對步驟2)中搜索到的多途尖峰脈沖做平滑處理，從而達到濾除多途影響的目的。

本發明的核心技術內容在于基于尖峰搜索的復倒譜域濾波器構建及濾波，其基本思想是：在復倒譜域，信道多途的影響表現為在激勵源信號的復倒譜中混入一系列的尖峰脈沖，據此本發明通過尖峰搜索的思想，將這些尖峰脈沖找到并予以濾除，以實現信道影響抑制的目的。

本發明的優點表現在：（1）本發明采用同態濾波思想進行多途信道抑制和信號重構，相對常用的自適應均衡、時間反轉鏡等技術而言，本發明無需預先知道信道或信號參數等先驗知識，且適用于快變信道，對高速運動節點具有適應性。（2）本發明采用的基于尖峰搜索的復倒譜域特征濾波器構建，充分利用了復倒譜域信道多途的特點，采用尖峰干擾自動搜索的思想，只需預知信道的最小時延信息，構建方法簡易、條件寬松。（3）本發明在復倒譜域濾波時對多途尖峰脈沖局部做平滑處理，盡可能的保留了信號復倒譜信息，使得濾波過程對信號影響細微，重構誤差較小。

附圖說明

圖1(a)-圖1(b)為發射聲脈沖信號及其復倒譜波形圖，其中：圖1(a)為發射聲脈沖信號時域波形，圖1(b)為發射聲脈沖信號復倒譜域波形。

圖2(a)-圖2(b)為信道沖激響應及其復倒譜波形圖，其中：圖2(a)為信道沖激響應時域波形，圖2(b)為信道沖激響應復倒譜域波形。

圖3水聲多途信道下聲脈沖信號重構方法流程圖。

圖4(a)-圖4(b)為信道輸出信號及其復倒譜圖，其中：圖4(a)為信道輸出信號時域波形，圖4(b)為信道輸出信號復倒譜域波形。

圖5(a)-圖5(b)為基于尖峰搜索思想的復倒譜域濾波器構建及濾波效果圖，其中：圖5(a)為尖峰搜索法搜索到的多途尖峰脈沖，圖5(b)為尖峰搜索法濾波后的復倒譜波形圖。