[发明专利]一种非理想波导下的warping变换修正方法

说明书

本发明公开了一种非理想波导下的warping变换修正方法，属于信号处理领域。本发明包括：对接收信号进行滤波分析；对有效的信号进行分析；对截取后的信号利用传统的理想波导下的warping变换公式对信号进行warping变换，并对变换后的信号进行时频分析；利用海底相移参数和海深以及海水中的平均声速计算warping变换的修正因子，将修正因子离散后，对warping变换进行修正，并对修正后的信号进行时频分析；分别改变修正因子中的参量，分析参量海底相移参数、海深以及收发距离的起伏变化和失配对修正结果的影响，参量的起伏范围为[‑10％，+10％]。

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种非理想波导下的warping变换修正方法。

背景技术

Warping变换是近年来广泛应用于水声领域的信号处理方法，它适用于浅海波导中宽带脉冲信号的简正波分离。Warping变换是一种域转换的计算方法，是一个酉变换。通过warping变换可以将时域的宽带信号转换为warping域中的单频信号，在对转换后的信号进行时频分析可使得各阶简正波在时频平面上分离，再利用频域滤波分别提取各阶简正波的信息后进行warping逆变换即可实现单阶信号的还原。Warping变换最初由RichardG.Baraniuk提出，与时频分析相结合并应用于信号处理。之后，warping变换作为一种信号处理工具被广泛应用于水下被动测距、海洋环境参数反演等水声研究领域。

Warping变换公式的推导基于理想波导的简正波理论，是一个robusttransformation。因此，warping变换在水声领域的大部分应用都基于理想波导的warping算子，这在一定程度上影响了warping变换的处理效果。Warping变换在本质上是对接收信号的相位进行处理，而非理想波导和理想波导之间在相位上的差别主要增加了来自于波导中海底参数等海洋环境参数的影响。在使用warping变换时，为了消除或者减弱相位中来自海底参数的影响，可以对接收信号进行自相关处理，也可以对接收时域信号的能量谱进行处理，但以上两种方法不能直接对接收信号进行处理。针对非理想波导，国内外学者对warping变换公式进行了修正。例如引进Pekeris波导下的warping算子，实现了在时频域上对各阶模态的分离；依据射线理论，利用海底反射系数和本征射线循环距离，推导出了适用于Pekeris波导的更加精确的频散公式，对warping变换公式进行了修正以及适用于非理想波导的warping变换的修正因子。但以上修正公式需要已知详细的海底参数，包括海底声速、海底密度等，这在实际测量中难度较大。

发明内容

本发明的目的在于发明一种在不需要获取大量详细海底环境参数的情况下得到适用于非理想波导的warping变换修正方法。针对海底参数获取难度大的问题，利用海底相移参数P和海底环境参数之间的关系，得到基于海底相移参数P的具有均匀半无限海底的非理想波导的warping变换修正公式。修正因子只与海底相移参数、海深、海水中平均声速等海洋环境参数有关，不需要详细的海底参数，大大减少了工作量。

本发明的目的是这样实现的：

一种非理想波导下的warping变换修正方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一对接收信号进行滤波分析；实际应用中的接收信号具有较大带宽，为得到合适带宽的信号，需要对信号进行滤波；采用的滤波器为带通滤波器；如果滤波后的信号具有较长的时间窗，则对信号进行脉冲压缩处理，脉冲压缩不会影响信号的性能；

步骤二对有效的信号进行分析，需要对信号进行截取，截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；在环境参数不明确的情况下，第一阶简正波的到达时间未知，此时的时间起始点用t₀＝r/c₀代替，其中收发距离r和海水中的平均声速c0用估计值，不需要准确值；