拖曳式主动声呐信号处理算法研究与多核DSP实现

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xpzcz1988
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拖曳式主动声呐系统克服了本艇尺寸对接收阵大小的限制,并且其接收阵深度可变使得声呐可以工作于最适宜的位置,因此被广泛应用于水声探测领域。本文从拖曳式主动声呐信号处理算法研究与多核DSP实现展开。首先介绍了拖曳式主动声呐相关的信号处理算法。在矢量阵波束形成方面,研究了宽带频域DFT波束形成器的设计与实现。为解决常规频域DFT波束形成器各子带主瓣宽度不一致导致输出信号畸变的问题,研究了恒定束宽波束形成器的设计方法。针对拖曳式主动声呐拖船干扰问题,研究了基于低旁瓣波束形成与零陷波束形成的干扰抑制技术。在回波信号检测与估计算法方面,为了降低主动声呐中混响对检测的影响,研究了基于预白化与二分奇异值分解的抗混响方法,湖试数据分析显示该方法具有较好的混响抑制能力。针对主动声呐的目标距离估计需求,研究了LFM信号的匹配滤波器以及低信噪比下的频域自适应匹配滤波器,并介绍了实际工程中常用的频域快速滑动相关算法的实现流程。之后研究了一种简便的运动目标时延修正方法,仿真和实际试验结果显示该方法能够补偿目标径向相对运动造成的时延估计偏差。针对主动声呐目标径向速度估计需求,研究了CW信号的频率估计技术,算法包括自适应线谱增强器、频域批处理技术以及适用于工程实现的基于FFT插值的频率估计算法。在拖曳式主动声呐信号处理技术研究的基础上,设计了针对微型水面艇的拖曳式主动声呐信号处理软件,并介绍了其在TI多核DSP C6678上的实现过程。首先,针对由LFM和CW信号构成的组合信号,根据实际需求构建了多核信号处理系统的软件框架。在这个框架下对网络通信模块、多核数据交互模块、信号处理模块进行了设计与实现。之后对拖曳式主动声呐信号处理软件的各个模块进行了试验验证与性能测试,测试内容包括网络数据传输性能、信号处理功能以及DSP的实时负载状况等方面。测试结果显示信号处理软件具有较好的性能。最后介绍了拖曳式主动声呐的湖上试验情况,对声呐的工作性能进行了量化分析。
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