[发明专利]一种水声多途信道下声脉冲信号重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声信号处理技术方法，具体涉及水声多途信道中的多途影响抑制及声脉冲信号重构的方法。

背景技术

脉冲信号是水声领域最常用的信号形式之一。受海底、海面及介质不均匀性的影响，海洋中的信号传播呈现多途特性，发射信号经过不同路径到达接收点，它们相互干涉叠加，导致接收点信号相对发射信号畸变严重，这为后续的信号检测、参数估计等信号处理带来很大困难。因此，采取有效措施实现抗信道多途是水声信号处理的关键技术之一。

按照射线声学的理论，水声信道的输出可以等效为输入信号和信道单位冲激响应的时域卷积，因此水声多途信道可被看作一种卷积性干扰。同态滤波技术作为一种非线性信号处理技术，可将信号间的卷积关系转换成加性关系，再通过特征滤波器将两者分离，从而实现抗卷积干扰和信号重构的目的。

在同态滤波过程中，特征滤波器的构建是一个非常重要的环节，也是影响信号重构（提纯）效果的关键所在，许多学者就此问题展开了研究。李爽（[1]同态滤波技术在水声信道中的应用．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2010.：28-30页）提出可以采用线性滤波器将信道的倒谱分量滤除，获得直达声信号的倒谱，朱家兵（[2]倒谱技术的无源雷达直达波提纯方法．现代雷达．2007.8：75-78页）对现有的特征滤波方法进行了综合分析，包括低通滤波器和梳状滤波器。研究结果表明，低通滤波器会损失高时部分的信号复倒谱信息，因而重构误差较大；而梳状滤波器需要估计每条多途时延，构建条件严苛。因此，特征滤波构建仍然是同态滤波及信号重构技术的热点和难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种构建简易、滤波效果良好的复倒谱域特征滤波方法,实现将信道输出信号中的多途信道分量滤除、重构激励源信号的目的。

本发明的目的是这样实现的：

(1)将信道输出信号经过卷积同态特征系统，将信号从时域转换到复倒谱域；

(2)利用基于尖峰搜索思想构建复倒谱域滤波器并进行滤波，即根据信道的复倒谱特性，在复倒谱域上采用尖峰搜索的方法自动搜寻多途尖峰脉冲并对其进行平滑处理，从而实现复倒谱多途干扰的滤除；

(3)将滤波后的结果经过卷积同态逆特征系统，实现声脉冲信号的重构。

所述利用基于尖峰搜索思想构建复倒谱域滤波器并进行滤波具体包括：

1）确定尖峰搜索的起始点n₀；

2）多途尖峰脉冲搜索，从起始点n₀开始逐点处理，通过能量判决及尖峰辨识组合策略完成多途尖峰脉冲的搜索；

3）多途尖峰脉冲滤除，对步骤2)中搜索到的多途尖峰脉冲做平滑处理，从而达到滤除多途影响的目的。

本发明的核心技术内容在于基于尖峰搜索的复倒谱域滤波器构建及滤波，其基本思想是：在复倒谱域，信道多途的影响表现为在激励源信号的复倒谱中混入一系列的尖峰脉冲，据此本发明通过尖峰搜索的思想，将这些尖峰脉冲找到并予以滤除，以实现信道影响抑制的目的。

本发明的优点表现在：（1）本发明采用同态滤波思想进行多途信道抑制和信号重构，相对常用的自适应均衡、时间反转镜等技术而言，本发明无需预先知道信道或信号参数等先验知识，且适用于快变信道，对高速运动节点具有适应性。（2）本发明采用的基于尖峰搜索的复倒谱域特征滤波器构建，充分利用了复倒谱域信道多途的特点，采用尖峰干扰自动搜索的思想，只需预知信道的最小时延信息，构建方法简易、条件宽松。（3）本发明在复倒谱域滤波时对多途尖峰脉冲局部做平滑处理，尽可能的保留了信号复倒谱信息，使得滤波过程对信号影响细微，重构误差较小。

附图说明

图1(a)-图1(b)为发射声脉冲信号及其复倒谱波形图，其中：图1(a)为发射声脉冲信号时域波形，图1(b)为发射声脉冲信号复倒谱域波形。

图2(a)-图2(b)为信道冲激响应及其复倒谱波形图，其中：图2(a)为信道冲激响应时域波形，图2(b)为信道冲激响应复倒谱域波形。

图3水声多途信道下声脉冲信号重构方法流程图。

图4(a)-图4(b)为信道输出信号及其复倒谱图，其中：图4(a)为信道输出信号时域波形，图4(b)为信道输出信号复倒谱域波形。

图5(a)-图5(b)为基于尖峰搜索思想的复倒谱域滤波器构建及滤波效果图，其中：图5(a)为尖峰搜索法搜索到的多途尖峰脉冲，图5(b)为尖峰搜索法滤波后的复倒谱波形图。