水聲信道因其特殊的時(shí)空頻變特性,水聲通信的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后。對(duì)水聲通信技術(shù)的研究成為各國(guó)科學(xué)家和工程技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)。水聲信號(hào)提取優(yōu)劣將會(huì)直接影響水下目標(biāo)探測(cè)、定位、跟蹤等技術(shù)的發(fā)展。線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)瞬時(shí)頻率隨時(shí)間呈線性變化,將其作為載波信號(hào)應(yīng)用于水聲通信中,能夠提高系統(tǒng)的抗噪聲干擾、抗多徑干擾和頻率選擇性衰減的能力。分?jǐn)?shù)階Fourier變換(FRFT)是近年來數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域一種很重要的算法,一個(gè)LFM信號(hào)在某一特定階次的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域上是一個(gè)δ函數(shù)。因而將分?jǐn)?shù)階Fourier變換引入到水聲信號(hào)處理方面,對(duì)于發(fā)展基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的水聲通信技術(shù)具有積極的意義。本文主要研究目的是采用分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法,針對(duì)在水聲通信領(lǐng)域有重要應(yīng)用的線性調(diào)頻水聲信號(hào)進(jìn)行濾波降噪研究。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)首先詳細(xì)的闡述了分?jǐn)?shù)階Fourier變換的定義及性質(zhì),對(duì)三種主流的DFRFT算法進(jìn)行對(duì)比分析,著重的介紹了本文采用的Ozaktas提出的采樣型DFRFT算法,并進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)論證。(2)結(jié)合前面的理論分析與數(shù)學(xué)推導(dǎo),建立水聲信號(hào)模型。深入研究了基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的LFM水聲信號(hào)濾波算法,分別對(duì)單分量LFM水聲信號(hào)與多分量LFM水聲信號(hào)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,當(dāng)干擾噪聲與其強(qiáng)耦合時(shí),基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號(hào)濾波算法能夠有效的實(shí)現(xiàn)信噪分離。(3)針對(duì)混有高斯白噪聲的LFM水聲信號(hào)在分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域的濾波算法中,參數(shù)估計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中為二維峰值搜索,存在估計(jì)精度與計(jì)算量的矛盾,提出了一種改進(jìn)粒子群優(yōu)化方法和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)合的參數(shù)估計(jì)新方法。采用兩級(jí)搜索方法,首先以較大步長(zhǎng)直接進(jìn)行搜索得到最佳變換域的粗略估計(jì),再以此估計(jì)值為初始值,對(duì)搜索區(qū)域進(jìn)行高精度劃分,將變換階次看做粒子,利用粒子群優(yōu)化算法尋找最佳適應(yīng)度函數(shù)值,從而估計(jì)LFM信號(hào)相應(yīng)參數(shù)值。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在較低信噪比下,新算法復(fù)雜度更低,估計(jì)精度更高。(4)針對(duì)目前分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法的研究主要集中在理論研究的現(xiàn)狀,給出了基于浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的快速分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法實(shí)現(xiàn)方法。依據(jù)水聲通信系統(tǒng)模型及提出的水聲信號(hào)模型,設(shè)計(jì)水聲通信抗噪能力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源,在硬件平臺(tái)上進(jìn)一步驗(yàn)證分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法的有效性和實(shí)用性。通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)和DSP硬件平臺(tái)上算法的實(shí)現(xiàn),驗(yàn)證基于FRFT的線性調(diào)頻水聲信號(hào)能夠有效的實(shí)現(xiàn)信噪分離,具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.3
【部分圖文】：

《表示信號(hào)分量個(gè)數(shù)。??在ＭＡＴＬＡＢ中產(chǎn)生一個(gè)幅值ｄ?＝?０?，初始相位％?＝?０，起始頻率乂?＝?０，斜率；ｔ?＝?４，脈寬？?＝?５ｍ，采樣頻率／５?＝１００／＊，采樣點(diǎn)數(shù)７Ｖ?＝?５００的單分ＦＭ信號(hào)。??如圖３．１．１?（ａ）和圖３．１．１?（ｂ）所示，從ＬＦＭ信號(hào)的時(shí)域圖中可以看出，時(shí)間的推移，信號(hào)的頻率變化越來越快。從ＬＦＭ信號(hào)的頻域圖中可以看出ＦＭ信號(hào)的頻率變化范圍主要集中在０／／ｚ－４０／／ｚ，與理論分析相符，但是從圖中無法看出ＬＦＭ信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化的特性。??

《表示信號(hào)分量個(gè)數(shù)。??在ＭＡＴＬＡＢ中產(chǎn)生一個(gè)幅值ｄ?＝?０?，初始相位％?＝?０，起始頻率乂?＝?０，斜率；ｔ?＝?４，脈寬？?＝?５ｍ，采樣頻率／５?＝１００／＊，采樣點(diǎn)數(shù)７Ｖ?＝?５００的單分ＦＭ信號(hào)。??如圖３．１．１?（ａ）和圖３．１．１?（ｂ）所示，從ＬＦＭ信號(hào)的時(shí)域圖中可以看出，時(shí)間的推移，信號(hào)的頻率變化越來越快。從ＬＦＭ信號(hào)的頻域圖中可以看出ＦＭ信號(hào)的頻率變化范圍主要集中在０／／ｚ－４０／／ｚ，與理論分析相符，但是從圖中無法看出ＬＦＭ信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化的特性。??

頻斜率；ｔ?＝?４，脈寬？?＝?５ｍ，采樣頻率／５?＝１００／＊，采樣點(diǎn)數(shù)７Ｖ?＝?５００的單分量??ＬＦＭ信號(hào)。??如圖３．１．１?（ａ）和圖３．１．１?（ｂ）所示，從ＬＦＭ信號(hào)的時(shí)域圖中可以看出，隨??著時(shí)間的推移，信號(hào)的頻率變化越來越快。從ＬＦＭ信號(hào)的頻域圖中可以看出該??ＬＦＭ信號(hào)的頻率變化范圍主要集中在０／／ｚ－４０／／ｚ，與理論分析相符，但是從頻??譜圖中無法看出ＬＦＭ信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化的特性。??。５）１１｜國(guó)＿＿丨丨｜．＿｜??０?０．５?１?１．５?２?２．５?３?３．５?４?４．５?５??時(shí)間（ｓ）??圖３．１．?１?（ａ）?ＬＦＭ信號(hào)時(shí)域??５０１?１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?￣??４０?－?Ａ?Ａ?－??Ｉ?讀禱■？＿職＼??［?Ｖ?Ｖ?Ｉ??３??２０ｒ?｜??１０?－?丨?＼????＿—?－ｊ??Ｑｌ?■?扁?■?＜?Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??頻率（Ｈｚ）??圖３．?１．１?（ｂ）?ＬＦＭ信號(hào)頻譜??在主動(dòng)工作方式的水下探測(cè)系統(tǒng)中，發(fā)射信號(hào)采用調(diào)頻類水聲信號(hào)，通過對(duì)??接收聲波信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析信號(hào)處理方式以獲得探測(cè)目標(biāo)信息。一般在作理論分??析時(shí)，可以認(rèn)為水聲信道的噪聲是近似于高斯分布的，將環(huán)境噪聲當(dāng)作高斯白噪??聲處理％。在做理論分析時(shí)，線性調(diào)頻水聲檢測(cè)信號(hào)模型為：混有加性高斯白噪??聲的ＬＦＭ信號(hào)。如式（３－４）所示。??１５??
【參考文獻(xiàn)】

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5 朱健東;趙擁軍;唐江;;線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的周期分?jǐn)?shù)階Fourier變換檢測(cè)與估計(jì)[J];電子與信息學(xué)報(bào);2013年08期

6 肖赤心;蔡自興;王勇;周經(jīng)野;;一種基于佳點(diǎn)集原理的約束優(yōu)化進(jìn)化算法[J];控制與決策;2009年02期

7 趙興浩,鄧兵,陶然;分?jǐn)?shù)階傅里葉變換數(shù)值計(jì)算中的量綱歸一化[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2005年04期

8 齊林,陶然,周思永,王越;基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號(hào)的自適應(yīng)時(shí)頻濾波[J];兵工學(xué)報(bào);2003年04期

9 齊林,陶然,周思永,王越;基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的多分量LFM信號(hào)的檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)[J];中國(guó)科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué);2003年08期

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本文編號(hào)：2874683