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多普勒频移环境下的水声信号检测

陈洁丽  
【摘要】:海洋开发是目前人们关注的一个热点。作为开发利用海洋资源的重要手段之一,海洋信息技术得到了较快的发展,而各类海洋信息应用系统主要是以声波作为信息传输的载体的,因此水声信号检测成为当前信号与信息处理领域的研究热点之一,其在水声通信、水声遥控、水声遥测、声呐等领域都有着重要的用途。 海洋水声信道是目前已知的最为复杂的无线通信信道之一,其存在多普勒效应严重、背景噪声强和干扰多等特性,水声信号经过海洋水声信道的传输后,会产生较大的畸变,使得一些常用的信号检测方法,如匹配滤波法的检测性能有所下降。针对海洋水声信道的特性及现有方法的不足,本文提出了一种可以用于克服较强的多普勒频移及较强的干扰信号影响的信号检测方法,该方法采用动态时间规整(Dynamic TimeWarping,DTW)技术来克服由多普勒频移造成的接收信号跟参考信号在时间轴上不对齐的问题,以实现水声信号在多普勒频移环境下的准确匹配,另外由于利用了波束形成技术来对接收信号进行增强,该方法在一定程度上可以克服非期望信号的干扰并抑制掉背景噪声,使得对水声信号的检测更加准确。本文的工作及创新点主要包括以下几个方面: 1.对海洋水声信道的几个重要特性做了详细的分析和说明,并以此为基础,介绍了两种典型的浅海水声信道模型,针对它们做了仿真。 2.对信号检测的基本原理和几种经典检测准则做了简要的介绍,并在此基础上,介绍了信号检测领域常用的谱分析法、匹配滤波法和相关检测法等的基本原理和实现方法。 3.提出了一种基于波束形成技术与DTW技术的信号检测方法,详细介绍了该方法的相关理论基础、方法及实现流程。最后利用MATLAB工具对其性能进行了仿真。通过仿真实验表明,该方法与匹配滤波法和基于DTW技术的信号检测方法相比,在多普勒频移较严重、背景噪声较强及存在干扰的环境中具有更好的检测性能。


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