主动声纳组合脉冲信号设计与检测方法的研究

摘要

海洋混响与复杂的海洋信道是主动声纳波形选择面临的一对矛盾。单一的声纳波形很难兼顾抗混响性能与适应复杂海洋信道的匹配滤波性能。本文研究通过具有正交特性的组合波形设计以期缓和这一矛盾，通过缩短每个子脉冲的时间以减少混响影响长度，通过多个不相关脉冲的组合保证足够的积分时间，从而保证主动声纳处理中匹配滤波的性能。
　　本文首先介绍信号模糊函数的概念，并讨论其物理意义及在声纳波形设计工作中的指导作用。通过分析传统声纳波形CW信号、LFM信号和HFM信号的特点，发现它们的优势和不足。在此基础上研究CW-LFM组合波形的特性。利用组合波形的模糊函数，分析其时间和频率分辨力，并说明组合波形在不同多普勒频移下的抗混响性能。接着重点讨论在确定时长和带宽情况下的组合波形设计，分析子波数N对时间和频率分辨力的影响。
　　针对论文设计的组合波形，讨论与之匹配的检测方法。由于水声信道对不同频率的信号波形产生的响应不同，因此目标回波中的两子波之间可能存在相位畸变。从消除相位畸变带来的影响出发，本文提出基于相位扫描匹配和基于单分量匹配的两种组合波形检测方法。
　　最后对两种组合波形的检测方法，即基于相位扫描匹配的检测方法和基于单分量匹配的检测方法的检测性能和使用条件进行分析，在此基础上对受混响干扰的CW-LFM组合波形选取合理的检测方法进行计算机仿真，验证CW-LFM组合波形在混响环境下的时间分辨力、距离分辨力和抗混响能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 声纳波形的分类

1．3 国内外研究现状

1．4 论文内容及结构

第二章 波形设计基础

2．1 引言

2．2 波形设计理论基础

2．2．1 模糊函数

2．2．2 声纳信号分辨理论

2．2．3 声纳波形的设计规则

2．2．4 声纳信号工作参数选择

2．3 海洋混响特点

2．4 匹配滤波器理论

2．5 本章小结

第三章 声纳组合波形设计

3．1 引言

3．2 传统声纳波形性能分析

3．2．1 传统声纳波形的距离和速度分辫力

3．2．2 传统声纳波形的抗混响能力

3．3 声纳组合波形的设计

3．3．1 组合波形的模糊函数

3．3．2 组合波形对声呐系统作用范围的影响

3．3．3 组合波形与传统波形抗混响性能比较

3．4 确定时长和带宽的最优声纳波形设计

3．4．1 最优CW组合波形设计

3．4．2 最优LFM组合波形设计

3．4．3 最优CW-LFM组合波形设计

3．5 本章小结

第四章 声纳组合波形的检测方法研究

4．1 引言

4．2 传统匹配检测方法分析

4．2．1 传统单一脉冲信号的检测方法分析

4．2．2 基于传统匹配的组合波形检测方法

4．3 基于相位扫描匹配的组合波形检测方法

4．4 基于单分量匹配的组合波形检测方法

4．5 本章小结

第五章 声纳组合波形检测性能验证

5．1 引言

5．2 两种组合波形检测方法在混响环境下的对比分析

5．2．1 基于相位扫描匹配的组合波形检测方法性能验证

5．2．2 基于单分量匹配的组合波形检测方法性能验证

5．2．3 组合波形检测方法对检测概率的影响

5．3 组合波形在混响环境下的检测仿真

5．3．1 CW-LFM组合波形在零多普勒情况下的性能验证

5．3．2 CW-LFM组合波形在高多普勒情况下的性能验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献