CN109407098A - 一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法，对阵元接收的阵列数据进行复带移、低通滤波、降采样，基带常规/自适应波束形成处理；对接收信号分别利用独立的发射信号作为拷贝实现匹配滤波处理；分别对匹配滤波处理后的数据进行共轭运算，并对所有并行匹配滤波处理的输出进行绝对平方求和运算；分别两两组合计算它们之间的乘积并求实部运算；最后将所有处理结果求和相加得到输出量，从而完成检验输出。针对主动声纳发射的正交多脉冲串信号，利用多个并行处理器对相同信道获得多个独立的观测，基于脉冲串信号之间的正交性，将多个并行处理器进行组合处理，因此获得多脉冲串信号的时间增益并降低旁瓣。

Description

一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法
技术领域
本发明涉及声学领域，具体涉及水下声信号处理领域，主要是一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法。
背景技术
随着主动声纳向更低频率、宽带、大功率方向发展，主动声纳对潜艇的探测距离越来越远，量程越来越大。目前，主动声纳信号发射和主动声纳信号处理，均采用传统技术体制，即在一个探测周期内，选用脉宽较小的脉冲信号发射(占空比较小)，利用信号停发时段的接收数据进行匹配滤波处理，辅以混响抑制、背景归一化等处理，通过回波亮点的检测，实现主动目标的探测(含检测、跟踪、收听等)。该种方式，对于近距离、小量程的主动探测较为有效，但对于远距离、大量程、长发射周期的主动探测，则会出现虚警概率高、检测能力差、易受海洋信道时变特性影响、探测性能不稳定等问题。因此连续发射多个脉冲(波形正交)，增大占空比是解决问题的一种方法。当发射信号为多个脉冲信号后，自然引起后续信号处理算法的改变和发展，针对正交脉冲串信号的处理方法，仍采用传统的匹配滤波处理方法显然不适合，一方面是因为导致拷贝信号长度太长，运算量过大，无法实施。同时，由于海洋信道的不确实性，导致波形相关性降低，无法取得时间增益，反而会降低检测性能，出现高虚警。因此，如何利用过个脉冲串信号之间的正交性和他们的时间增益是解决问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法，针对主动声纳发射的正交多脉冲串信号，利用多个并行处理器对相同信道获得多个独立的观测，基于脉冲串信号之间的正交性，将多个并行处理器进行组合处理，因此获得多脉冲串信号的时间增益并降低旁瓣。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法，对阵元接收的阵列数据进行复带移、低通滤波、降采样，基带常规/自适应波束形成处理；对接收信号分别利用独立的发射信号作为拷贝实现匹配滤波处理；分别对匹配滤波处理后的数据进行共轭运算，并对所有并行匹配滤波处理的输出进行绝对平方求和运算；分别两两组合计算它们之间的乘积并求实部运算；最后将所有处理结果求和相加得到输出量，从而完成检验输出。
本发明的有益效果为：针对主动声纳发射的正交多脉冲串信号，将多个并行处理器进行组合处理，基于脉冲串信号之间的正交性，获得多脉冲串信号的时间增益并降低旁瓣。
附图说明
图1本发明的系统原理框图；
图2基于自适应目标增强和目标连续运动轨迹特性的主动声纳检测方法示意图；
图3常规算法输出与基于自适应目标增强和目标连续运动轨迹特性检测算法输出比较。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
图1是本发明的系统原理框图，从图中可以看出本发明的实施过程：对主动声纳阵数据经波束形成处理后的输出数据，进行并行处理算法的运算，再对处理后的数据进行功率检测并输出。
图2是一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的示意图，该图的物理意义为：对阵元接收的阵列数据进行复带移、低通滤波、降采样，基带常规/自适应波束形成处理；对接收信号分别利用独立的发射信号作为拷贝实现匹配滤波处理；分别对匹配滤波处理后的数据进行共轭运算，并对所有并行匹配滤波处理的输出进行绝对平方求和运算；分别两两组合计算它们之间的乘积并求实部运算；最后将所有处理结果求和相加得到输出量，从而完成检验输出。
一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现，包括以下步骤：
步骤一：对阵元接收的阵列数据进行复带移、低通滤波、降采样，基带常规/自适应波束形成处理，输出波束域时间波形x(t)＝[x0(t),x1(t),L,xM-1(t)]T，M为波束数目。
x(t)＝u(t)+w(t) (1)
假设发射了三个(为讨论方便，可以是大于2个以上的任意个)正交信号，在时间上按顺序排列：
u(t)＝u1(t)+u2(t-T)+u2(t-2*T)
其中u(t)表示发射信号波形，u1(t)、u2(t)和u3(t)分别表示三个正交信号波形。w(t)表示噪声。T表示发射信号脉宽(为讨论方便假设每个波形的脉宽相同)。
步骤二：利用u1(t)、u2(t)和u3(t)分别对接收信号x(t)进行常规匹配滤波处理，得到：
步骤三：分别对L2(t)、L3(t)进行共轭运算，得到和
步骤四：分别对L1(t)、L2(t)和L3(t)进行绝对值平方运算。
B1＝|L1(t)|2
B2＝|L2(t)|2
B3＝|L3(t)|2
步骤五：分别计算：
步骤六：求输出量：
步骤七：重复步骤一到步骤六，直到检测到目标。
图3是一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的仿真性能验证，其中(a)图是利用Monte-Carlo仿真，产生10000次数据，比较全相干匹配滤波、并行处理运算和非相干运算的性能；从仿真结果可以看出，并行处理算法的检测性能与全相干匹配滤波相近，但全相干匹配滤波的运算量要大得多，不利于实际应用；而并行处理算法的检测性能高于非相干运算。(b)图是分别对三个脉冲进行匹配滤波处理后的输出，从仿真结果可以看出，三个脉冲的处理都不能检测到目标；(c)图是对并行处理算法与全相干匹配算法的仿真比较，从比较结果可以看出，并行处理算法较全相干匹配算法具有更好的旁瓣抑制效果。(d)图是对并行处理算法与非相干匹配算法的仿真比较，从比较结果可以看出，并行处理算法较非相干匹配算法具有更好的旁瓣抑制效果。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法，其特征在于：对阵元接收的阵列数据进行复带移、低通滤波、降采样，基带常规/自适应波束形成处理；对接收信号分别利用独立的发射信号作为拷贝实现匹配滤波处理；分别对匹配滤波处理后的数据进行共轭运算，并对所有并行匹配滤波处理的输出进行绝对平方求和运算；分别两两组合计算它们之间的乘积并求实部运算；最后将所有处理结果求和相加得到输出量，从而完成检验输出。
2.根据权利要求1所述的处理正交脉冲串信号的并行处理算法的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对阵元接收的阵列数据进行复带移、低通滤波、降采样，基带常规/自适应波束形成处理，输出波束域时间波形x(t)＝[x0(t),x1(t),L,xM-1(t)]T，M为波束数目；
x(t)＝u(t)+w(t) (1)
假设发射了三个正交信号，在时间上按顺序排列：
u(t)＝u1(t)+u2(t-T)+u2(t-2*T)
其中u(t)表示发射信号波形，u1(t)、u2(t)和u3(t)分别表示三个正交信号波形，w(t)表示噪声，T表示发射信号脉宽；
步骤二：利用u1(t)、u2(t)和u3(t)分别对接收信号x(t)进行常规匹配滤波处理，得到：
步骤三：分别对L2(t)、L3(t)进行共轭运算，得到和
步骤四：分别对L1(t)、L2(t)和L3(t)进行绝对值平方运算；
B1＝|L1(t)|2
B2＝|L2(t)|2
B3＝|L3(t)|2
步骤五：分别计算：
步骤六：求输出量：
步骤七：重复步骤一到步骤六，直到检测到目标。
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