一种参量阵声纳瞬态宽带激励信号的递推滤波调制方法
【专利摘要】本发明涉及一种参量阵声纳瞬态宽带激励信号的递推滤波调制方法。本发明包括：将待处理信号采用递推滤波器递推滤波得到X(n+1)；得到包络E(n+1)；包络E(n+1)通过插值滤波器进行升采样后与数字化的载波信号进行双边带幅度调制，通过D/A转换为模拟信号，得到参量阵发射系统的激励信号。本发明不但可以应用于参量阵声纳，同样亦可应用于空气中的声学参量阵系统，随着声学参量阵的应用日益广泛，可以预见本发明将具有巨大的市场价值潜力。
【专利说明】
一种参量阵声纳瞬态宽带激励信号的递推滤波调制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种参量阵声纳瞬态宽带激励信号的递推滤波调制方法。
【背景技术】
[0002]参量阵声纳在水(或空气)介质的非线性作用下，将产生二次波，该二次波具有高指向性的优点，因而参量阵首先在声纳技术中得到了广泛应用。在参量阵系统中，信号处理是参量阵系统中的关键技术，信号处理一般包括预处理及调制两部分。最早的参量阵(或称作声频定向系统)的信号处理只是将信号作为包络与载波进行双边带幅度调制[1]，然后作为激励信号通过参量阵系统发射出去，该方法实现简单但是对于宽带信号其失真是比较严重的。平方根调制方法[2]对信号进行了预开方处理，然后与载波进行双边带幅度调制，该方法明显的减小了二次波的失真，如果在幅度调制前再进行12dB/oct的补偿滤波，则该方法满足无失真条件，然而针对瞬态宽带信号(尤其是未知信号参数的情况下)良好的12dB/oct的补偿滤波器是不易实现且实现过程不够灵活，不利于实时实现。单边带调制
[3]虽然与双边带调制相比降低了换能器的带宽限制，但对宽带信号存在交调失真。双积分预开方方法[4-5]，是严格符合Berktay远场解无失真条件的，但是在工程实际中应用该方法时，对信号进行双积分实现过程中，由于初值等因素的影响，其积分结果常常‘发散’。其他调制方法[6-9]需要迭代计算，处理后虽然可接近无失真，但计算量较大不利于实时实现。本发明依据Berktay远场解，推导出原波包络与二次波时间序列的递推关系，并以此设计递推滤波器进行信号处理，从而实现参量阵声纳瞬态宽带激励信号的递推滤波调制。本发明特点是满足Berktay远场解无失真条件，对瞬态、宽带、未知的信号(例如语音信号，水下非合作目标辐射或散射声信号)均可实现信号处理，且由于采用递推方法计算量小，非常有利于实际工程中实时处理。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种参量阵声纳瞬态宽带激励信号的递推滤波调制方法。
[0004]本发明的目的是这样实现的；
[0005](I)将待处理信号p(n)采用递推滤波器X(n+1) = p (n) +aX (n) -bX (η-1)递推滤波得到 Χ(η+1)，1.80 彡 a 彡 1.94，0.81 彡 b 彡 0.94，/；(//)= /；2(/,^X A/，D 是常系数；
[0006](2)通过 Δ'(/?+ 1) = f Χ(/?+ 1)开方得到包络 Ε(η+1), cc 为正常数；
[0007](3)包络E(n+1)通过插值滤波器进行升采样后与数字化的载波信号进行双边带幅度调制，通过D/A转换为模拟信号，得到参量阵发射系统的激励信号。
[0008]本发明的有益效果在于:
[0009]本发明采用递推方法，每一时刻的递推值只需要2次乘法、2次加法和I次开方运算，计算量小速度快，因此非常有利于实时实现。也由于采用递推计算，在计算X(n+1)的值只需要存储η时刻的ρ (η)和Χ(η)值以及η_1时刻的X(n_l)值，因此所需存储空间极小，可大大降低硬件成本。在运算复杂度、计算效率和成本上与其他现有的参量阵信号处理方法相比具有明显优势。本发明严格依据Berktay远场解推导得到递推关系，因此本发明的信号处理方法满足无失真条件。本发明与同样满足无失真条件的双积分后开方法相比的优点是，受初值影响小且不‘发散’。与本领域里常用的平方根预处理的调制方法相比，本发明具有天然的无失真特性，对比试验结果如图6与图9所示，同样的信号，通过本发明实现的实验结果无需补偿，而平方根预处理的调制方法的实验结果出现了幅度损失。此外，本发明与平方根预处理后幅度补偿的调制方法相比，不需要设计12/oct幅度补偿滤波器，在实际应用中更加灵活，有利于对未知信号情况下的处理实现。参量阵声纳是具有高技术含量的产品，本发明不但可以应用于参量阵声纳，同样亦可应用于空气中的声学参量阵系统(或称作声频定向系统)，随着声学参量阵的应用日益广泛(参量阵声频定向传输系统、声音定向抵消系统等等)，可以预见本发明将具有巨大的市场价值潜力。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是总体技术方案；
[0011]图2是信号P (η);
[0012]图3是递推滤波出的激励信号包络；
[0013]图4是激励信号；
[0014]图5是水听器接收到的原波信号；
[0015]图6是水听器接收到的二次波信号；
[0016]图7是平方根法计算的包络；
[0017]图8是激励信号；
[0018]图9是水听器接收到的二次波信号；
[0019]图10是参量阵激励信号；
[0020]图11是水听器接收到的二次波信号。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0022]首先简要介绍本发明的技术原理推导过程，然后介绍本发明的技术方案和其中的技术要点。
[0023]本发明技术原理推导:
[0024]Berktay远场解为
【权利要求】
1.一种参量阵声纳瞬态宽带激励信号的递推滤波调制方法，其特征在于:(1)将待处理信号P(H)采用递推滤波器X(n+1)=p(n)+aX(n)-bX(n-l)递推滤波得到X(n+1), 1.80 彡 a 彡 1.94,0.81 ^ b ^ 0.94，/?(?)= "2(")ΧΔ,，D 是常系数；
D (2)通过Z.■:0+ l.) = Λ/?r + H? + l)开方得到包络E(n+l), cc为正常数； (3)包络E(n+1)通过插值滤波器进行升采样后与数字化的载波信号进行双边带幅度调制，通过D/A转换为模拟信号，得到参量阵发射系统的激励信号。
【文档编号】G01S7/52GK104199037SQ201410384623
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】朱广平, 孙辉 申请人:哈尔滨工程大学