[發(fā)明專利]一種水聲多途信道下聲脈沖信號重構(gòu)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310322325.7
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103840893A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付進(jìn);王燕;梁國龍;許琬琰;張瑤;林旺生
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種水聲信號處理技術(shù)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(gòu)的方法。

背景技術(shù)

脈沖信號是水聲領(lǐng)域最常用的信號形式之一。受海底、海面及介質(zhì)不均勻性的影響，海洋中的信號傳播呈現(xiàn)多途特性，發(fā)射信號經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收點，它們相互干涉疊加，導(dǎo)致接收點信號相對發(fā)射信號畸變嚴(yán)重，這為后續(xù)的信號檢測、參數(shù)估計等信號處理帶來很大困難。因此，采取有效措施實現(xiàn)抗信道多途是水聲信號處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。

按照射線聲學(xué)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(yīng)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(tài)濾波技術(shù)作為一種非線性信號處理技術(shù)，可將信號間的卷積關(guān)系轉(zhuǎn)換成加性關(guān)系，再通過特征濾波器將兩者分離，從而實現(xiàn)抗卷積干擾和信號重構(gòu)的目的。

在同態(tài)濾波過程中，特征濾波器的構(gòu)建是一個非常重要的環(huán)節(jié)，也是影響信號重構(gòu)（提純）效果的關(guān)鍵所在，許多學(xué)者就此問題展開了研究。李爽（[1]同態(tài)濾波技術(shù)在水聲信道中的應(yīng)用．哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)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(dá)聲信號的倒譜，朱家兵（[2]倒譜技術(shù)的無源雷達(dá)直達(dá)波提純方法．現(xiàn)代雷達(dá)．2007.8：75-78頁）對現(xiàn)有的特征濾波方法進(jìn)行了綜合分析，包括低通濾波器和梳狀濾波器。研究結(jié)果表明，低通濾波器會損失高時部分的信號復(fù)倒譜信息，因而重構(gòu)誤差較大；而梳狀濾波器需要估計每條多途時延，構(gòu)建條件嚴(yán)苛。因此，特征濾波構(gòu)建仍然是同態(tài)濾波及信號重構(gòu)技術(shù)的熱點和難點問題。

發(fā)明內(nèi)容

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

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

(1)將信道輸出信號經(jīng)過卷積同態(tài)特征系統(tǒng)，將信號從時域轉(zhuǎn)換到復(fù)倒譜域；

(2)利用基于尖峰搜索思想構(gòu)建復(fù)倒譜域濾波器并進(jìn)行濾波，即根據(jù)信道的復(fù)倒譜特性，在復(fù)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(jìn)行平滑處理，從而實現(xiàn)復(fù)倒譜多途干擾的濾除；

(3)將濾波后的結(jié)果經(jīng)過卷積同態(tài)逆特征系統(tǒng)，實現(xiàn)聲脈沖信號的重構(gòu)。

所述利用基于尖峰搜索思想構(gòu)建復(fù)倒譜域濾波器并進(jìn)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(dá)到濾除多途影響的目的。

本發(fā)明的核心技術(shù)內(nèi)容在于基于尖峰搜索的復(fù)倒譜域濾波器構(gòu)建及濾波，其基本思想是：在復(fù)倒譜域，信道多途的影響表現(xiàn)為在激勵源信號的復(fù)倒譜中混入一系列的尖峰脈沖，據(jù)此本發(fā)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(xiàn)信道影響抑制的目的。

本發(fā)明的優(yōu)點表現(xiàn)在：（1）本發(fā)明采用同態(tài)濾波思想進(jìn)行多途信道抑制和信號重構(gòu)，相對常用的自適應(yīng)均衡、時間反轉(zhuǎn)鏡等技術(shù)而言，本發(fā)明無需預(yù)先知道信道或信號參數(shù)等先驗知識，且適用于快變信道，對高速運動節(jié)點具有適應(yīng)性。（2）本發(fā)明采用的基于尖峰搜索的復(fù)倒譜域特征濾波器構(gòu)建，充分利用了復(fù)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(yù)知信道的最小時延信息，構(gòu)建方法簡易、條件寬松。（3）本發(fā)明在復(fù)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(fù)倒譜信息，使得濾波過程對信號影響細(xì)微，重構(gòu)誤差較小。

附圖說明

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

圖2(a)-圖2(b)為信道沖激響應(yīng)及其復(fù)倒譜波形圖，其中：圖2(a)為信道沖激響應(yīng)時域波形，圖2(b)為信道沖激響應(yīng)復(fù)倒譜域波形。

圖3水聲多途信道下聲脈沖信號重構(gòu)方法流程圖。

圖4(a)-圖4(b)為信道輸出信號及其復(fù)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(fù)倒譜域波形。

圖5(a)-圖5(b)為基于尖峰搜索思想的復(fù)倒譜域濾波器構(gòu)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(fù)倒譜波形圖。