馬小瑜

【摘要】聲納陣列信號(hào)仿真中，可將多普勒時(shí)延與陣元時(shí)延疊加后統(tǒng)一處理，而在每個(gè)采樣點(diǎn)需要完成的時(shí)延量都可能不一樣，運(yùn)算量依舊很大，為了降低運(yùn)算量滿足實(shí)時(shí)性并盡可能精確地完成數(shù)字信號(hào)的非整數(shù)時(shí)延，本文采用一種實(shí)現(xiàn)高精度、連續(xù)、實(shí)時(shí)的數(shù)字時(shí)延方法。該方法利用FIR數(shù)字濾波器的線性相位特性，通過調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)，可連續(xù)改變信號(hào)時(shí)延并不改變信號(hào)原來的形狀和能量。

【關(guān)鍵詞】FIR濾波器 高精度時(shí)延 聲吶信號(hào)仿真

在聲納陣列信號(hào)仿真中研究高精度時(shí)延濾波器的目的是盡可能精確地完成多普勒時(shí)延和信號(hào)在陣元間的時(shí)延。傳統(tǒng)的提高時(shí)延精度的方法是提高采樣率后再進(jìn)行整數(shù)周期時(shí)延，這是建立在時(shí)延量化的基礎(chǔ)上的，但采樣率不可能無限提高，所以往往不能提供連續(xù)可變的精確時(shí)延。本文的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)高精度非整數(shù)周期時(shí)延的方法，相比于之前單純實(shí)現(xiàn)小數(shù)時(shí)延的濾波器，它的優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)整數(shù)與小數(shù)周期的時(shí)延，且由于FIR濾波器的線性相位特性，不但能夠大幅度降低運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)時(shí)延的實(shí)時(shí)性，還能保證連續(xù)性。

一、高精度時(shí)延濾波器的原理

擬采用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)延，這種方法不要求FIR濾波器的離散化單位脈沖響應(yīng)滿足任何對(duì)稱性條件，但是要求其脈沖響應(yīng)序列滿足偶對(duì)稱條件。只要該條件滿足，F(xiàn)IR濾波器的輸出信號(hào)經(jīng)重構(gòu)后，所形成的連續(xù)信號(hào)與原輸入信號(hào)之間具有線性相位時(shí)延關(guān)系，時(shí)延的大小取決于連續(xù)脈沖響應(yīng)函數(shù)關(guān)于時(shí)間的對(duì)稱軸位置。

二、高精度時(shí)延濾波器的實(shí)現(xiàn)

三、高精度時(shí)延濾波器仿真結(jié)果及分析

一個(gè)可靠的時(shí)延濾波器應(yīng)滿足如下要求：①信號(hào)通過該時(shí)延濾波器不會(huì)改變?cè)瓉淼男螤詈湍芰俊＂谕ㄟ^該時(shí)延濾波器濾波后，信號(hào)能在允許的精度下完成給定的時(shí)延。

下面是一個(gè)主動(dòng)聲納信號(hào)仿真實(shí)驗(yàn)：假設(shè)有一主動(dòng)聲納發(fā)出中心頻率300Hz，脈寬33ms的正弦脈沖信號(hào)，采樣頻率lOkHz，周期5s，目標(biāo)距離Skm，接收陣為24個(gè)陣元的均勻線列陣，陣元間距2m。仿真結(jié)果顯示信號(hào)通過該時(shí)延濾波器不會(huì)改變?cè)瓉淼男螤詈湍芰俊榱擞^察時(shí)延精度，則可單獨(dú)繪出1號(hào)陣元和5號(hào)陣元的信號(hào)序列，根據(jù)真實(shí)時(shí)延信號(hào)與濾波時(shí)延信號(hào)的對(duì)比圖，時(shí)延精度小于10-4個(gè)采樣周期，這樣的時(shí)延精度己能滿足絕大部分需要。