【摘 要】
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随着人类对海洋资源的开发和利用,水声通信与探测技术越来越受到重视,而其质量受多普勒效应影响严重。线性调频（Linear Frequency Modulation,LFM）信号由于具有较好的多普勒容限,常用作于声呐信号。目前针对水声信道发送端为单分量LFM信号的多普勒因子估计方法已被深入研究。随着多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技术在陆地通信中的
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随着人类对海洋资源的开发和利用,水声通信与探测技术越来越受到重视,而其质量受多普勒效应影响严重。线性调频（Linear Frequency Modulation,LFM）信号由于具有较好的多普勒容限,常用作于声呐信号。目前针对水声信道发送端为单分量LFM信号的多普勒因子估计方法已被深入研究。随着多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技术在陆地通信中的广泛应用,MIMO技术也开始应用于水声领域,比如,在水声信道发送端使用多分量LFM信号进行水声通信与探测。在此背景下,现有的单分量LFM信号多普勒估计技术已不能满足现实水声通信与探测需求。针对上述问题,本文研究基于多分量LFM信号时频分析的水声多普勒因子和时延估计算法,主要内容如下:1)分析经典的多普勒因子估计方法和时频方法,通过对目前流行的多普勒因子估计方法和时频方法仿真分析总结出其存在的缺陷,为后续研究奠定基础。2)针对现有时频方法在处理时频域有交叉多分量LFM信号时,残差时频脊线存在的断裂问题,提出一种非完全残差（Incomplete Residual,INCRES）时频方法。INCRES方法在更新残差时,保留当前估计分量信号的部分能量来避免残差时频脊线断裂。仿真结果表明,INCRES方法提高了时频域交叉多分量LFM信号时频脊线估计精度。3)在INCRES方法的基础上,进一步提出（INCRES-Instantaneous Frequency Fragment）INCRES-IFFM时频方法。在低信噪比和处理时频域交叉严重的多分量LFM信号时,INCRES方法估计的时频脊线失真严重。为弥补INCRES方法的局限性,提出片段式时频脊线（Instantaneous Frequency Fragment,IFFM）估计方法,将INCRES中的时频脊线估计方法替换为IFFM方法,即INCRES-IFFM方法。仿真结果表明,INCRES-IFFM方法在时频脊线估计、调频斜率估计、起始频率估计方面优于INCRES方法。4)结合INCRES和INCRES-IFFM时频方法,提出基于时频分析的多普勒因子和时延估计算法。用INCRES或INCRES-IFFM方法对接收信号进行时频处理获取调频斜率和起始频率,并联合二者得到多普勒因子和时延估计值。仿真结果表明,所提方法能同时满足发送信号为单分量和多分量LFM信号的多普勒因子估计以及时延估计。
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