[發明專利]一種被動聲納浮標多通道信號間的幅度相位誤差補償方法

在審

• 申請號: 202011235108.0
• 申請日: 2020-11-08
• 公開（公告）號: CN112433194A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 李昶;王英民
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20;G01S7/539;G01S15/88
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明公開了一種被動聲納浮標多通道信號間的幅度相位誤差補償方法，首先對被動聲吶浮標陣元接收到的信號進行濾波和放大，再計算信號的幅度均方根和相位均方根，找到偏離幅度均方根和相位均方根最遠的通道，然后計算除最遠通道外其余通道的幅度均方根和相位均方根，最后用新計算的幅度均方根和相位均方根代替原來的幅度和相位，重復以上過程，直到幅度方差和相位方差達到設定精度，完成幅度相位誤差補償。本發明能夠降低被動聲納浮標的多通道接收信號之間由電路設計及器件不一致性引起的幅度和相位誤差，實現更精準的方向估計的目的。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，具體涉及一種信號補償方法。

背景技術

被動聲納浮標的工作原理是利用多個陣元接收到的水下目標信號之間的偏差對比，實現對目標的探測、識別、定位等功能。這些信號主要包括幅度，相位和頻率等參數，其偏差主要有兩部分構成：一部分是由陣元位置引起的相位偏差，其大小與陣元間距和工作頻率等參數有關，浮標的后端信號處理主要依靠該偏差完成目標的探測和定位；另一部分是由前置放大器信號處理電路中，器件(如電阻值電容值的波動等)的不一致性引起的幅度和相位誤差，其大小受到器件特性、工作頻率和工作溫度等因素的影響，該誤差會干擾后端信號處理的結果。

目前有關聲納浮標多通道信號的幅度相位一致性的研究較少，張立琛等人在《高一致性低噪聲多路水聲信號預處理設計方法》一文中設計了一種新型多級放大濾波的預處理電路，代明清等人在《多通道聲納信號預處理系統設計》一文中設計了一種通過CPLD控制濾波帶寬的多通道信號處理系統，以上研究均未考慮器件的不一致性對不同通道之間造成的幅相誤差問題。胡柱喜等在《斜距測量浮標定位中的測距誤差修正》一文中提出了在浮標內安裝晶體振蕩器以提高測量精度的方法，但該方法屬于機械補償方法，且主要針對主動聲吶浮標有效。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種被動聲納浮標多通道信號間的幅度相位誤差補償方法，首先對被動聲吶浮標陣元接收到的信號進行濾波和放大，再計算信號的幅度均方根和相位均方根，找到偏離幅度均方根和相位均方根最遠的通道，然后計算除最遠通道外其余通道的幅度均方根和相位均方根，最后用新計算的幅度均方根和相位均方根代替原來的幅度和相位，重復以上過程，直到幅度方差和相位方差達到設定精度，完成幅度相位誤差補償。本發明能夠降低被動聲納浮標的多通道接收信號之間由電路設計及器件不一致性引起的幅度和相位誤差，實現更精準的方向估計的目的。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1：假設目標發送的信號為正弦信號，記為A為信號幅度，ω為信號頻率，為信號相位；被動聲吶浮標包含k個陣元；

步驟2：將每個陣元接收到的信號輸入預處理系統，進行濾波和放大后形成k個通道輸出信號，記為i為通道數，i＝1,2,…,k，A_i為第i個通道輸出信號的幅度，為第i個通道輸出信號的相位，每個通道對應一個陣元；

步驟3：計算：

幅度均方根幅度方差相位均方根相位方差其中

步驟4：計算A_ib＝MAX{abs(A_i-A_RMS)}和ib∈{1,2,…,k}，ic∈{1,2,…,k}，得到第ib個通道輸出信號幅度與幅度均方根差值最大，第ic個通道輸出信號相位與相位均方根差值最大；

步驟5：按步驟3的方法計算除第ib個通道之外其余k-1個通道輸出信號的幅度均方根A_RMSb，計算除第ic個通道之外其余k-1個通道輸出信號的相位均方根

步驟6：令A_ib等于A_RMSb，等于得到

步驟7：重復步驟3到步驟6，直到幅度方差的精度和相位方差的精度達到設定精度，完成幅度相位誤差補償。