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基于小波变换的水下信号处理研究

杨定洲  
【摘要】:在水下信号处理系统中,自导信号波形不仅决定了系统的信号处理方法,而且直接影响系统的分辨力、参数测量精度、抑制混响及抗干扰和与信道匹配能力等方面的性能。在现代声纳系统中,为获得较远的作用距离和较高的分辨力、测量精度,多采用宽带信号作为自导波形。虽然宽带信号具有很多优点,但因其自身宽带的非平稳特性,更易受环境影响,产生畸变。目前宽带处理从方法上大体可分为两大类:一类是傅立叶综合法,即将宽带信号以一定步长分为若干窄带信号,进而利用传统的窄带方法进行处理,再将结果综合,但这样的处理并不总是有效的,且存在着较大系统偏差,另一类方法是对宽带信号进行二维处理,如宽带模糊度函数方法,以及近年来迅速发展的几种现代信号处理方法,如小波变换、时频分布等。 本文主要研究水下目标宽带主动信号的检测和估计问题,针对水下工作环境以及宽带信号自身的非平稳性,引入现代信号处理中适合进行非平稳信号分析的小波方法。同时从宽带相关与小波变换的相似性出发,引入小波变换这一数学工具来进行宽带信号的检测和估计。本文的工作如下: 1.论述了现代时频分析方法,主要分析了短时傅立叶变换、Wigner-Ville以及小波变换理论,分析了三种方法的特点,从而确定小波变换方法更适合进行水下宽带信号处理。 2.研究宽带信号的定义,论述了宽带模糊度函数的定义,从宽带模糊度函数的角度上分析了矩形包络线性调频信号、高斯包络线性调频信号、矩形包络双曲调频信号这三种常用宽带信号的性能。 3.研究了连续小波变换的计算结构,给出了基于FFT和Mellin变换的两种连续小波变换快速算法,为宽带相关处理的快速实现提供了依据。 4.论述了信号检测理论和传统的检测器,从宽带相关检测器与连续小波变换形式上的相似性引入基于连续小波变换的宽带信号检测器。同时针对小波检测器在低信噪比下检测效果不理想的情况下对其进行改进,提出基于二维相关的小波检测器,并对这几种检测器进行仿真和对比。 5.论述了信号估计理论,并针对宽带信号的特点,分别从时延估计、多普勒估计、时延和多普勒联合估计这三个角度分析了基于小波变换的估计器性能。在进行时延估计时,引入基于最小二乘准则的离散小波估计与连续小波变换估计器进行对比。在进行多普勒估计时采用基于连续小波变换的二种估计方法进行对比。在进行联合估计时,将广义相关理论引入到小波变换中,提出基于广义相关的连续小波变换估计器并进行仿真。


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