基于LFM信号互相关函数的子样本时延估计算法研究

发布时间：2025-03-29 21:30

　　随着无损检测技术在生产生活中所占比重日益升高,超声探测由于设备简单可操作性强、穿透性强、对人体无害等优点在工业探伤、精密仪器探测、水下超声定位、医学检测等领域具有较为广泛的应用。而其中以时延估计为代表的参数估计算法则是超声探测中极其重要的技术领域之一。由香农定理可知,大时宽-带宽积的信号具有较高信号抗噪能力,较大信号占空比,较好的信息携载效率。因此在超声探测领域中采用时宽-带宽积较大的线性调频信号(LFM,Linear Frequency Modulation)作为探测信号是一种发展趋势。LFM信号最常用的回波检测方法是匹配滤波,匹配滤波法本质上是基于互相关函数。但是在数字化的回波检测中,离散化的采样过程会带来一定互相关函数峰值的离散化估计误差。经数学建模发现,LFM的互相关函数是sinc函数,因此本文基于该sinc函数对收发信号的互相关函数峰值点进行时延精估计,提出了基于LFM相关函数的子样本时延估计算法。本文主要工作包括:1.研究分析现有的基于时域、频域基本相关函数法的时延估计算法,进行性能仿真对比。分析基本相关法存在离散峰值估计误差,无法获得比采样间隔更小的子样本时延的原因。2.对...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 超声探测理论
    1.3 线性调频信号
    1.4 线性调频信号时频分析方法
    1.5 本文的主要工作及章节安排
第二章 时延估计算法
    2.1 时延估计思想
    2.2 基于互相关的时延估计算法
        2.2.1 基本互相关时延估计算法
        2.2.2 广义互相关时延估计算法
        2.2.3 二次相关时延估计算法
    2.3 基于相位谱的时延估计算法
        2.3.1 相位参数时延估计算法
        2.3.2 广义相位谱时延估计算法
    2.4 时频分析时延估计算法
        2.4.1 基于分数阶傅里叶变换的时延估计算法
        2.4.2 基于小波变换的时延估计算法
    2.5 自适应时延估计算法
    2.6 一些其他时延估计算法
    2.7 本文算法涉及的数学工具
        2.7.1 最小二乘法
        2.7.2 泰勒展开
        2.7.3 卡丹公式与盛金公式
    2.8 本章小结
第三章 基于互相关幅度逼近的子样本时延估计算法
    3.1 引言
    3.2 基本互相关时延估计法
    3.3 基于幅度逼近的子样本时延估计算法
    3.4 算法仿真
        3.4.1 仿真条件
        3.4.2 信噪比SNR对算法性能的影响
        3.4.3 分数级时延t_α对算法性能的影响
        3.4.4 采样率F_s对算法性能的影响
        3.4.5 最小二乘点数范围△n对算法性能的影响
        3.4.6 信号样本点数N对算法性能的影响
        3.4.7 与现有时延估计算法的性能对比
    3.5 复杂度比较
    3.6 多重回波问题分析
    3.7 小结
第四章 基于互相关相位逼近的子样本时延估计算法
    4.1 引言
    4.2 基于相位的时延估计算法
        4.2.1 基于峰值点的相位子样本时延估计算法
        4.2.2 基于多点的相位子样本时延估计算法
    4.3 算法仿真
        4.3.1 信噪比SNR对算法性能的影响
        4.3.2 分数级时延t_α对算法性能的影响
        4.3.3 采样率F_s对算法性能的影响
        4.3.4 信号样本点数N对算法性能的影响
        4.3.5 与现有时延估计算法性能对比
    4.4 复杂度比较
    4.5 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员签名答辩决议书



本文编号：4037672