CN105572656A - 动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器及模拟方法 - Google Patents

动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器及模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器及模拟方法。所述模拟器包括：信号接收端口：用于接收数字信号或模拟信号；低通滤波器：低通滤波数字信号，产生第一正弦信号和第一余弦信号；本地振荡器：用于产生第二正弦预设信号和第二余弦预设信号；乘法器：用于将第一正弦信号和第一余弦信号分别与第二正弦预设信号和第二余弦预设信号相乘分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；加法器：用于将第三频移数字信号和第四频移数字信号相加得到第五频移数字信号；信号输出端：用于输出第五频移数字信号。本发明提供的多普勒频移模拟器操作简单，模拟精度高。

Description

动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器及模拟方法
技术领域
本发明属于多普勒频移模拟技术领域，尤其涉及一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器及模拟方法。
背景技术
当振动着的波源逐渐靠近观测者时，测量到的频率比从波源发出的频率高。当波源离去时，测量到的频率则低于发出的频率。这就叫做多普勒效应或叫多普勒原理。在水声对抗目标回波模拟时，要更逼真的模拟运动中各种速度下的目标特性，就必须对所模拟目标的回波加入多普勒频移量。
多普勒频移量采用频率变换的方法实现,常用的频率变换方法有直接混频法。直接混频法是通过将输入波形与本地振荡器进行混频，再根据要求选择上边带或下边带，就能实现向上或向下的频移，当和频和差频靠得很近时，由于实际滤波器中存在有限的过渡带，很难完全抑制无用分量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器及模拟方法。
本发明的技术方案如下：一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟的方法，包括以下步骤：
步骤(1)将接收到的数字信号通过低通滤波器后，产生第一正弦信号h2(n)，第一余弦信号h1(n)，第一正弦信号h2(n)、第一余弦信号h1(n)分别进行限幅处理；h1(n)和h2(n)为一组正交信号，即相差90度相移。
h1(n)＝2h(n)cos(2πnf0/fs)；h2(n)＝2h(n)sin(2πnf0/fs)；
h(n)是低通滤波器的抽头参数，
f0为低通滤波器的截止频率，
fs为信号采样频率；
低通滤波后的正交信号h1(n)和h2(n)具有以f0为中心频率的带通特性，并具有原始低通设计的两倍带宽。
步骤(2)本地振荡器产生一组正交信号，分别为第二正弦预设信号x2，第二余弦预设信号x1，根据动态水声目标运动的速度，设置多普勒频移量，所述正交信号的频率由多普勒频移量决定，第二正弦预设信号和第二余弦预设信号频率相等。
x1＝cos2πfct；x2＝sin2πfct；
fc＝|fo-fi|；
fc为本地振荡器产生正交信号的频率；
fi为接收到的数字信号的频率；
t为信号；
步骤(3)使所述第一正弦信号、第一余弦信号分别与第二正弦预设信号，第二余弦预设信号相乘，分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
步骤(4)使第三频移数字信号和第四频移数字信号相加，得到第五频移数字信号，经过限幅处理后输出。
步骤(1)如果接收到模拟信号后，则将模拟信号转换为数字信号，然后再进行低通滤波。
步骤(4)如果需要以模拟信号输出，则第五频移数字信号经过限幅处理后，转换为模拟信号输出。
本发明使用正交频率变换的方法实现任意波形的频率变换，并且是无失真的频率变换，本发明将输入的数字信号进行数字变频，变到需要的频率上，变频后的数字信号再输送至输出端，以实现水声对抗。
本发明还提供了一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，所述多普勒频移模拟器包括：
信号接收端口：用于接收数字信号或模拟信号；
低通滤波器：低通滤波数字信号，产生第一正弦信号和第一余弦信号；
本地振荡器：用于产生第二正弦预设信号和第二余弦预设信号；
乘法器：所述乘法器具有两个，用于将第一正弦信号和第一余弦信号分别与第二正弦预设信号和第二余弦预设信号相乘分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
加法器：用于将第三频移数字信号和第四频移数字信号相加得到第五频移数字信号；两个乘法器分别输出上边带和下边带，根据加法器的符合，去除一个边带，如果两者是相加的，则选择下边带，也就获得向下的频率变换。反之，如果两者是相减的，则获得向上的频率变换。
信号输出端：输出第五频移数字信号。
所述多普勒频移模拟器还包括模数信号转换电路，将模拟信号转换为数字信号。
所述多普勒频移模拟器还包括数模信号转换电路，将第五频移数字信号转换为模拟信号后输出。
所述低通滤波器为希尔伯特FIR滤波器或一对普通FIR滤波器，所述滤波器具有完全相同的通带纹特性，结果更准确。
所述多普勒频移模拟器还包括数字限幅模块，用于第一正弦信号、第一余弦信号以及第五频移数字信号的限幅。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：所述多普勒频移模拟器操作简单，模拟结果准确。
附图说明
图1为本发明提供的多普勒频移模拟器的结构框图；
图2为本发明提供的多普勒频移模拟器的模拟方法示意图；
图3为本发明提供的多普勒频移模拟器的模拟方法原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
步骤(1)将接收到的数字信号通过希尔伯特FIR滤波器后，产生第一正弦信号h2(n)，第一余弦信号h1(n)，第一正弦信号h2(n)、第一余弦信号h1(n)分别进行限幅处理；h1(n)和h2(n)为一组正交信号，即相差90度相移。
h1(n)＝2h(n)cos(2πnf0/fs)；h2(n)＝2h(n)sin(2πnf0/fs)；
h(n)是低通滤波器的抽头参数，
f0为低通滤波器的截止频率，
fs为信号采样率；
低通滤波后的正交信号h1(n)和h2(n)具有以f0为中心频率的带通特性，并具有原始低通设计的两倍带宽。
步骤(2)本地振荡器产生一组正交信号，分别为第二正弦预设信号x2，第二余弦预设信号x1，根据动态水声目标运动的速度，设置多普勒频移量，所述正交信号的频率由多普勒频移量决定，第二正弦预设信号和第二余弦预设信号频率相等。
x1＝cos2πfct；x2＝sin2πfct；
fc＝|fo-fi|；
fc为本地振荡器产生正交信号的频率；
fi为接收到的数字信号的频率；
t为信号；
步骤(3)使所述第一正弦信号、第一余弦信号分别与第二正弦预设信号，第二余弦预设信号相乘，分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
步骤(4)使第三频移数字信号和第四频移数字信号相加，得到第五频移数字信号，经过限幅处理后输出，如图2、图3所示。
实施例2
步骤(1)接收到模拟信号后，则将模拟信号转换为数字信号，将数字信号通过希尔伯特FIR滤波器后，产生第一正弦信号h2(n)，第一余弦信号h1(n)，第一正弦信号h2(n)、第一余弦信号h1(n)分别进行限幅处理；h1(n)和h2(n)为一组正交信号，即相差90度相移。
h1(n)＝2h(n)cos(2πnf0/fs)；h2(n)＝2h(n)sin(2πnf0/fs)；
h(n)是低通滤波器的抽头参数，
f0为低通滤波器的截止频率，
fs为信号采样频率；
低通滤波后的正交信号h1(n)和h2(n)具有以f0为中心频率的带通特性，并具有原始低通设计的两倍带宽。
步骤(2)本地振荡器产生一组正交信号，分别为第二正弦预设信号x2，第二余弦预设信号x1，根据动态水声目标运动的速度，设置多普勒频移量，所述正交信号的频率由多普勒频移量决定，第二正弦预设信号和第二余弦预设信号频率相等。
x1＝cos2πfct；x2＝sin2πfct；
fc＝|fo-fi|；
fc为本地振荡器产生正交信号的频率；
fi为接收到的数字信号的频率；
t为信号；
步骤(3)使所述第一正弦信号、第一余弦信号分别与第二正弦预设信号，第二余弦预设信号相乘，分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
步骤(4)使第三频移数字信号和第四频移数字信号相加，得到第五频移数字信号，经过限幅处理后转换为模拟信号输出。
实施例3
如图1所示，一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，所述多普勒频移模拟器包括：
信号接收端口：用于接收数字信号；
一对普通FIR滤波器：低通滤波数字信号，产生第一正弦信号和第一余弦信号；
数字限幅模块：对第一正弦信号和第一余弦信号进行幅度限制处理；
本地振荡器：用于产生第二正弦预设信号和第二余弦预设信号；
乘法器：所述乘法器具有两个，用于将第一正弦信号和第一余弦信号分别与第二正弦预设信号和第二余弦预设信号相乘分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
加法器：用于将第三频移数字信号和第四频移数字信号相加得到第五频移数字信号；两个乘法器分别输出上边带和下边带，根据加法器的符合，去除一个边带，如果两者是相加的，则选择下边带，也就获得向下的频率变换。反之，如果两者是相减的，则获得向上的频率变换。
数字限幅模块：对第五频移数字信号进行幅度限制处理；
信号输出端：用于输出幅度限制处理后的第五频移数字信号。
实施例4
一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，所述多普勒频移模拟器包括：
信号接收端口：用于模拟信号；
模数转换电路：将模拟信号转换成数字信号；
希尔伯特FIR滤波器：低通滤波数字信号，产生第一正弦信号和第一余弦信号；
数字限幅模块：对第一正弦信号和第一余弦信号进行幅度限制处理；
本地振荡器：用于产生第二正弦预设信号和第二余弦预设信号；
乘法器：所述乘法器具有两个，用于将第一正弦信号和第一余弦信号分别与第二正弦预设信号和第二余弦预设信号相乘分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
加法器：用于将第三频移数字信号和第四频移数字信号相加得到第五频移数字信号；两个乘法器分别输出上边带和下边带，根据加法器的符合，去除一个边带，如果两者是相加的，则选择下边带，也就获得向下的频率变换。反之，如果两者是相减的，则获得向上的频率变换。
数字限幅模块：对第五频移数字信号进行幅度限制处理；
数模信号转换电路，将第五频移数字信号限幅处理后转换为模拟信号；
信号输出端：用于输出模拟信号，其工作原理如图3所示。

Claims (8)

1.一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)将接收到的数字信号通过低通滤波器后，产生第一正弦信号h2(n)，第一余弦信号h1(n)，第一正弦信号h2(n)、第一余弦信号h1(n)分别进行限幅处理；
h1(n)＝2h(n)cos(2πnf0/fs)；h2(n)＝2h(n)sin(2πnf0/fs)；
h(n)是低通滤波器的抽头参数，
f0为低通滤波器的截止频率，
fs为信号采样频率；
步骤(2)本地振荡器产生一组正交信号，分别为第二正弦预设信号x2，第二余弦预设信号x1；
x1＝cos2πfct；x2＝sin2πfct；
fc＝|fo-fi|；
fc为本地振荡器产生正交信号的频率；
fi为接收到的数字信号的频率；
t为信号；
步骤(3)使所述第一正弦信号、第一余弦信号分别与第二正弦预设信号，第二余弦预设信号相乘，分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
步骤(4)使第三频移数字信号和第四频移数字信号相加，得到第五频移数字信号，经过限幅处理后输出。
2.如权利要求1所述的动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟的方法，其特征在于，步骤(1)接收到模拟信号后，将模拟信号转换为数字信号。
3.如权利要求1所述的动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟的方法，其特征在于，步骤(4)第五频移数字信号经过限幅处理后，转换为模拟信号输出。
4.一种动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，其特征在于，所述多普勒频移模拟器包括：
信号接收端口：用于接收数字信号或模拟信号；
低通滤波器：低通滤波数字信号，产生第一正弦信号和第一余弦信号；
本地振荡器：用于产生第二正弦预设信号和第二余弦预设信号；
乘法器：用于将第一正弦信号和第一余弦信号分别与第二正弦预设信号和第二余弦预设信号相乘分别得到第三频移数字信号和第四频移数字信号；
加法器：用于将第三频移数字信号和第四频移数字信号相加得到第五频移数字信号；
信号输出端：输出第五频移数字信号。
5.如权利要求4所述的动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，其特征在于，所述多普勒频移模拟器还包括模数信号转换电路，将模拟信号转换为数字信号。
6.如权利要求4所述的动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，其特征在于，所述多普勒频移模拟器还包括数模信号转换电路，将第五频移数字信号转换为模拟信号后输出。
7.如权利要求4所述的动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，其特征在于，所述低通滤波器为希尔伯特FIR滤波器或一对普通FIR滤波器。
8.如权利要求4所述的动态水声目标回波模拟的多普勒频移模拟器，其特征在于，所述多普勒频移模拟器还包括数字限幅模块，用于第一正弦信号、第一余弦信号以及第五频移数字信号的限幅。
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