水聲信道因其特殊的時空頻變特性,水聲通信的發(fā)展遠遠滯后。對水聲通信技術(shù)的研究成為各國科學(xué)家和工程技術(shù)人員研究的熱點。水聲信號提取優(yōu)劣將會直接影響水下目標探測、定位、跟蹤等技術(shù)的發(fā)展。線性調(diào)頻(LFM)信號瞬時頻率隨時間呈線性變化,將其作為載波信號應(yīng)用于水聲通信中,能夠提高系統(tǒng)的抗噪聲干擾、抗多徑干擾和頻率選擇性衰減的能力。分數(shù)階Fourier變換(FRFT)是近年來數(shù)字信號處理領(lǐng)域一種很重要的算法,一個LFM信號在某一特定階次的分數(shù)階傅里葉變換域上是一個δ函數(shù)。因而將分數(shù)階Fourier變換引入到水聲信號處理方面,對于發(fā)展基于分數(shù)階Fourier變換的水聲通信技術(shù)具有積極的意義。本文主要研究目的是采用分數(shù)階Fourier變換算法,針對在水聲通信領(lǐng)域有重要應(yīng)用的線性調(diào)頻水聲信號進行濾波降噪研究。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)首先詳細的闡述了分數(shù)階Fourier變換的定義及性質(zhì),對三種主流的DFRFT算法進行對比分析,著重的介紹了本文采用的Ozaktas提出的采樣型DFRFT算法,并進行了詳細的數(shù)學(xué)推導(dǎo)論證。(2)結(jié)合前面的理論分析與數(shù)學(xué)推導(dǎo),建立水聲信號模型。深入研究了基于分數(shù)階Fourier變換的LFM水聲信號濾波算法,分別對單分量LFM水聲信號與多分量LFM水聲信號進行仿真分析。仿真結(jié)果表明,當干擾噪聲與其強耦合時,基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號濾波算法能夠有效的實現(xiàn)信噪分離。(3)針對混有高斯白噪聲的LFM水聲信號在分數(shù)階傅里葉變換域的濾波算法中,參數(shù)估計在實際應(yīng)用中為二維峰值搜索,存在估計精度與計算量的矛盾,提出了一種改進粒子群優(yōu)化方法和分數(shù)階傅里葉變換結(jié)合的參數(shù)估計新方法。采用兩級搜索方法,首先以較大步長直接進行搜索得到最佳變換域的粗略估計,再以此估計值為初始值,對搜索區(qū)域進行高精度劃分,將變換階次看做粒子,利用粒子群優(yōu)化算法尋找最佳適應(yīng)度函數(shù)值,從而估計LFM信號相應(yīng)參數(shù)值。仿真實驗結(jié)果表明,在較低信噪比下,新算法復(fù)雜度更低,估計精度更高。(4)針對目前分數(shù)階Fourier變換算法的研究主要集中在理論研究的現(xiàn)狀,給出了基于浮點數(shù)字信號處理器(DSP)的快速分數(shù)階Fourier變換算法實現(xiàn)方法。依據(jù)水聲通信系統(tǒng)模型及提出的水聲信號模型,設(shè)計水聲通信抗噪能力實驗系統(tǒng),依托實驗室現(xiàn)有資源,在硬件平臺上進一步驗證分數(shù)階Fourier變換算法的有效性和實用性。通過大量的仿真實驗和DSP硬件平臺上算法的實現(xiàn),驗證基于FRFT的線性調(diào)頻水聲信號能夠有效的實現(xiàn)信噪分離,具有較高的工程實用價值。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.3
【部分圖文】：

《表示信號分量個數(shù)。??在ＭＡＴＬＡＢ中產(chǎn)生一個幅值ｄ?＝?０?，初始相位％?＝?０，起始頻率乂?＝?０，斜率；ｔ?＝?４，脈寬？?＝?５ｍ，采樣頻率／５?＝１００／＊，采樣點數(shù)７Ｖ?＝?５００的單分ＦＭ信號。??如圖３．１．１?（ａ）和圖３．１．１?（ｂ）所示，從ＬＦＭ信號的時域圖中可以看出，時間的推移，信號的頻率變化越來越快。從ＬＦＭ信號的頻域圖中可以看出ＦＭ信號的頻率變化范圍主要集中在０／／ｚ－４０／／ｚ，與理論分析相符，但是從圖中無法看出ＬＦＭ信號的頻率隨時間變化的特性。??

《表示信號分量個數(shù)。??在ＭＡＴＬＡＢ中產(chǎn)生一個幅值ｄ?＝?０?，初始相位％?＝?０，起始頻率乂?＝?０，斜率；ｔ?＝?４，脈寬？?＝?５ｍ，采樣頻率／５?＝１００／＊，采樣點數(shù)７Ｖ?＝?５００的單分ＦＭ信號。??如圖３．１．１?（ａ）和圖３．１．１?（ｂ）所示，從ＬＦＭ信號的時域圖中可以看出，時間的推移，信號的頻率變化越來越快。從ＬＦＭ信號的頻域圖中可以看出ＦＭ信號的頻率變化范圍主要集中在０／／ｚ－４０／／ｚ，與理論分析相符，但是從圖中無法看出ＬＦＭ信號的頻率隨時間變化的特性。??

頻斜率；ｔ?＝?４，脈寬？?＝?５ｍ，采樣頻率／５?＝１００／＊，采樣點數(shù)７Ｖ?＝?５００的單分量??ＬＦＭ信號。??如圖３．１．１?（ａ）和圖３．１．１?（ｂ）所示，從ＬＦＭ信號的時域圖中可以看出，隨??著時間的推移，信號的頻率變化越來越快。從ＬＦＭ信號的頻域圖中可以看出該??ＬＦＭ信號的頻率變化范圍主要集中在０／／ｚ－４０／／ｚ，與理論分析相符，但是從頻??譜圖中無法看出ＬＦＭ信號的頻率隨時間變化的特性。??。５）１１｜國＿＿丨丨｜．＿｜??０?０．５?１?１．５?２?２．５?３?３．５?４?４．５?５??時間（ｓ）??圖３．１．?１?（ａ）?ＬＦＭ信號時域??５０１?１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?￣??４０?－?Ａ?Ａ?－??Ｉ?讀禱■？＿職＼??［?Ｖ?Ｖ?Ｉ??３??２０ｒ?｜??１０?－?丨?＼????＿—?－ｊ??Ｑｌ?■?扁?■?＜?Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??頻率（Ｈｚ）??圖３．?１．１?（ｂ）?ＬＦＭ信號頻譜??在主動工作方式的水下探測系統(tǒng)中，發(fā)射信號采用調(diào)頻類水聲信號，通過對??接收聲波信號進行時頻分析信號處理方式以獲得探測目標信息。一般在作理論分??析時，可以認為水聲信道的噪聲是近似于高斯分布的，將環(huán)境噪聲當作高斯白噪??聲處理％。在做理論分析時，線性調(diào)頻水聲檢測信號模型為：混有加性高斯白噪??聲的ＬＦＭ信號。如式（３－４）所示。??１５??
【參考文獻】

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本文編號：2874683