一种基于双曲调频组合的高分辨波形设计
发布时间：2022-01-26 23:35
现有的发射波形和回波处理方法在满足潜艇定位、识别需求等方面效果有限,研究组合波形和新的回波处理方式是主动声纳设计的重要内容。为克服HFM波形探测目标时的峰脊线和虚假亮点干扰,提出一种基于HFM的组合波形W-HFM。并且采用宽带模糊函数分析对比单一波形与组合波形的分辨力。简要分析了虚假亮点的形成机理,并提出了不同于匹配滤波的高分辨接收机。仿真结果表明,发射W-HFM波形并采用高分辨接收机处理目标回波不仅能有效抑制"X"型旁瓣干扰,而且基本消除了虚假亮点,获得了多个目标的速度-时延高分辨。
【文章来源】：舰船电子工程. 2020,40(10)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
发射信号时域波形
（2）sb(t)=exp[-j2πb]-1ln(1-f2bt)（3）式中，s1(t)、s3(t)由脉宽为Tr的升HFM波形sa(t)串接脉宽为3Tr的零信号组合而成，s2(t)、s4(t)由脉宽为Tr的降HFM波形sb(t)串接脉宽为3Tr的零信号组合而成。f1为HFM波形调频起始频率，f2为HFM波形调频截止频率，b=(f1-f2)/(f1f2T)为双曲调频系数。由于宽带条件下，目标回波各频点受多普勒运动影响变化不同，故在此处分析使用HFM解析式。图1、图2是子脉冲及发射信号时域波形和频率变化示意图。W-HFM信号设计方法的优点在于：1）在多目标情况下，增大真实亮点与虚假亮点的功率差，便于排除虚假亮点干扰；2）信号盲区为一个子脉冲的脉宽而不是整段信号长度；3）信号构造简单，易调整组合波形的参数。图1发射信号时域波形图2发射信号时频图2.2宽带回波模型主动声纳发射波形的解析式记为s(t)，信号持续时间是[0?T]，假设目标距离时延为τ0，相对声源的径向速度为v0，v0>0表示目标远离声源，声速为c。记k=(c-v)/(c+v)为时间伸缩因子，k>1表示波形压缩，k<1表示拉伸。155
涞谝桓鲎勇龀錽1(t)后，第一接收机输出速度-时延响应图χ1(τ?v)，此时相当于发射单一HFM波形的探测模式。待回波信号接收完毕后，将所有匹配滤波接收机输出的速度-时延响应图通过非线性融合接收机处理，输出最终的速度-时延响应图χs(τ?v)。4仿真分析4.1波形分辨力分析对于发射波形模糊图中由主峰下降3dB处的截面，理论上难以区分该截面内的多目标，而位于该截面外的两个等强度目标可分辨。因此，常用这一截面即模糊椭圆或模糊度图来度量波形分辨力［9］。图5为信号脉宽/带宽一定时，W-HFM与常规HFM和V-HFM波形的宽带模糊函数截面图的对比。观察可知，HFM波形的模糊截面是两条平行的直线形成的峰脊线，验证了HFM波形是速度不变信号。V-HFM具有类似“X”型模糊截面，能量在模糊函数图中心有所集中，但四周仍存在旁瓣干扰。W-HFM波形输出了图钉型模糊函数，四周无干扰，说明通过设计HFM组合波形和调整波形参数，W-HFM波形能获得较为理想的中心尖锐、四周较低的模糊函数。图5三种波形归一化的模糊度图（-3dB）本文提出的W-HFM组合波形基本克服了HFM波形固有的峰脊线干扰，获得了近似图钉型的速度-时延联合高分辨，但-3dB以下旁瓣干扰和基底仍然存在。因为当信号能量一定时，宽带模糊函数的体积近似不变［10］。不难理解，模糊函数中心变尖锐则四周体积会变高。为了得到中心尖锐而四周为零的理想模糊函数，则需要使用非匹配滤波的信号处理方式。4.2高分辨接收机性能分析设空间上存在两个等强度点目标，速度相同距离7.5m。W-HFM组合波形的子脉冲s1(t)、s2(t)的频率范
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BELLHOP模型的水中目标回波亮点特征建模与分析[J]. 崔化超,晏谢飞. 指挥信息系统与技术. 2019(01)
[2]多普勒频率偏置线性调频信号的模糊函数分析[J]. 梅慧,陈章友. 科学技术与工程. 2018(18)
[3]线性调频信号的仿生处理模型[J]. 成彬彬,张海. 系统仿真学报. 2010(07)
硕士论文
[1]水下复杂目标宽带信号回波模拟及时频分析[D]. 黄金星.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3611327
【文章来源】：舰船电子工程. 2020,40(10)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
发射信号时域波形
（2）sb(t)=exp[-j2πb]-1ln(1-f2bt)（3）式中，s1(t)、s3(t)由脉宽为Tr的升HFM波形sa(t)串接脉宽为3Tr的零信号组合而成，s2(t)、s4(t)由脉宽为Tr的降HFM波形sb(t)串接脉宽为3Tr的零信号组合而成。f1为HFM波形调频起始频率，f2为HFM波形调频截止频率，b=(f1-f2)/(f1f2T)为双曲调频系数。由于宽带条件下，目标回波各频点受多普勒运动影响变化不同，故在此处分析使用HFM解析式。图1、图2是子脉冲及发射信号时域波形和频率变化示意图。W-HFM信号设计方法的优点在于：1）在多目标情况下，增大真实亮点与虚假亮点的功率差，便于排除虚假亮点干扰；2）信号盲区为一个子脉冲的脉宽而不是整段信号长度；3）信号构造简单，易调整组合波形的参数。图1发射信号时域波形图2发射信号时频图2.2宽带回波模型主动声纳发射波形的解析式记为s(t)，信号持续时间是[0?T]，假设目标距离时延为τ0，相对声源的径向速度为v0，v0>0表示目标远离声源，声速为c。记k=(c-v)/(c+v)为时间伸缩因子，k>1表示波形压缩，k<1表示拉伸。155
涞谝桓鲎勇龀錽1(t)后，第一接收机输出速度-时延响应图χ1(τ?v)，此时相当于发射单一HFM波形的探测模式。待回波信号接收完毕后，将所有匹配滤波接收机输出的速度-时延响应图通过非线性融合接收机处理，输出最终的速度-时延响应图χs(τ?v)。4仿真分析4.1波形分辨力分析对于发射波形模糊图中由主峰下降3dB处的截面，理论上难以区分该截面内的多目标，而位于该截面外的两个等强度目标可分辨。因此，常用这一截面即模糊椭圆或模糊度图来度量波形分辨力［9］。图5为信号脉宽/带宽一定时，W-HFM与常规HFM和V-HFM波形的宽带模糊函数截面图的对比。观察可知，HFM波形的模糊截面是两条平行的直线形成的峰脊线，验证了HFM波形是速度不变信号。V-HFM具有类似“X”型模糊截面，能量在模糊函数图中心有所集中，但四周仍存在旁瓣干扰。W-HFM波形输出了图钉型模糊函数，四周无干扰，说明通过设计HFM组合波形和调整波形参数，W-HFM波形能获得较为理想的中心尖锐、四周较低的模糊函数。图5三种波形归一化的模糊度图（-3dB）本文提出的W-HFM组合波形基本克服了HFM波形固有的峰脊线干扰，获得了近似图钉型的速度-时延联合高分辨，但-3dB以下旁瓣干扰和基底仍然存在。因为当信号能量一定时，宽带模糊函数的体积近似不变［10］。不难理解，模糊函数中心变尖锐则四周体积会变高。为了得到中心尖锐而四周为零的理想模糊函数，则需要使用非匹配滤波的信号处理方式。4.2高分辨接收机性能分析设空间上存在两个等强度点目标，速度相同距离7.5m。W-HFM组合波形的子脉冲s1(t)、s2(t)的频率范
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BELLHOP模型的水中目标回波亮点特征建模与分析[J]. 崔化超,晏谢飞. 指挥信息系统与技术. 2019(01)
[2]多普勒频率偏置线性调频信号的模糊函数分析[J]. 梅慧,陈章友. 科学技术与工程. 2018(18)
[3]线性调频信号的仿生处理模型[J]. 成彬彬,张海. 系统仿真学报. 2010(07)
硕士论文
[1]水下复杂目标宽带信号回波模拟及时频分析[D]. 黄金星.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3611327
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