脉冲压缩技术在水声探测中的应用及DSP实现

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声纳的距离分辨率取决于信号带宽。在普通声纳的发射脉冲中,其时宽带宽积为常量,因此不能兼顾距离分辨率和检测距离两项指标。脉冲压缩技术可以很好的解决这两者之间的矛盾。通过发射宽脉冲以提高发射脉冲的能量来保证足够大的作用距离,而在接收时则采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲,以提高距离分辨率。线性调频脉冲信号具有近似矩形的频谱特性、平方律的相频特性和可以选择的时宽带宽积,可以实现良好的脉冲压缩效果,因而成为目前脉冲压缩技术采用的主要信号形式。  本文主要研究线性调频脉冲信号压缩的相关技术,在此基础上针对水声信号的特点提出具体的脉冲压缩方案并进行Matlab仿真和DSP实现,最后对仿真结果进行水池实验验证。全文着重于线性调频脉冲压缩方案的分析对比与选择、匹配滤波器的设计和基于DSP硬件平台的算法实现等。  文章首先对脉冲压缩技术作了简要的概述,随后详细介绍并推导了线性调频信号、匹配滤波、脉冲压缩等基本理论,从提高性能、满足实时性处理要求的方面对各种脉冲压缩实现方法进行对比,选择了频域脉冲压缩方法作为本文的脉冲压缩方案,并结合实际情况对该方案进行了改进,通过Matlab仿真结果发现不仅提高了脉冲压缩性能,而且极大的减小了计算复杂度。最后为提高主旁瓣比和相邻小目标的检测能力,对脉冲压缩结果进行加窗操作以抑制旁瓣,使主旁瓣比达到50dB以上。  随后主要介绍了脉冲压缩算法的软硬件系统实现,利用DSP(ADSP-BF506F)开发平台对脉冲压缩算法进行了具体实现,给出了各硬件模块的介绍、具体软件配置程序和实现脉冲压缩算法的软件架构,然后利用该软硬件系统进行了水池实验,在实际水声环境中对脉冲压缩算法性能进行验证。实验结果发现,单次信号处理时间在1ms以内,满足实时信号处理要求;水池中的目标得到准确的识别,实验取得预期效果。  文章最后对全文的各项工作进行了总结,结合Matlab仿真与水池实验结果对脉冲压缩算法进行了优缺点分析,并对脉冲压缩算法在水声信号处理中的应用前景进行了展望。
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