水下聲靶接收處理系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、本文研究的是水下聲靶接收處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。聲靶主要分為信號(hào)接收、信號(hào)處理、回波發(fā)送三個(gè)主要部分，本文研究的重點(diǎn)是信號(hào)接收和信號(hào)處理。為了達(dá)到較好的實(shí)時(shí)性，采用了NI公司開發(fā)的軟件LabVIEW和硬件:基于PXIe總線的FlexRio5781適配器和FlexRio7965RFPGA。由于FPGA可以通過板載時(shí)鐘精確地控制程序運(yùn)行時(shí)間，因此系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算部分都放在FPGA上進(jìn)行，上位機(jī)PC只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的顯示。
　　 信號(hào)接收的主要

2、工作為信號(hào)采集。在采集信號(hào)部分中，設(shè)置了空閑、觸發(fā)、采集三個(gè)狀態(tài)，避免了因空采而造成的系統(tǒng)資源浪費(fèi)。觸發(fā)采用了閾值和上升沿判斷，可以有效控制信號(hào)的觸發(fā)。在采集過程中，由于5781適配器的采樣速率不能無限降低，導(dǎo)致過采樣，文中在比較了幾種降采樣的方法后，采用抽取點(diǎn)數(shù)的方法。
　　 信號(hào)處理部分的工作是信號(hào)識(shí)別，以及信號(hào)參數(shù)的估計(jì)等。參數(shù)估計(jì)部分是對(duì)信號(hào)包絡(luò)寬度及信號(hào)頻率的判斷。頻率判斷通過傅里葉變換求出。聲納的觸發(fā)信號(hào)一般為一定長(zhǎng)

3、度的脈沖信號(hào)，因此需要通過判斷脈沖信號(hào)的寬度來確定是否為有效的觸發(fā)信號(hào)。判斷寬度需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行求包絡(luò)，因此要用到希爾伯特變換。求解希爾伯特變換的方法有兩種:頻域和時(shí)域。其中頻域方法是以快速傅里葉變換為基礎(chǔ)求取信號(hào)的解析信號(hào)，但是這種方法的缺陷是信號(hào)變換的長(zhǎng)度受快速傅里葉變換長(zhǎng)度的限制，因此不能對(duì)任意長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行變換。雖然可以通過拼接兩段信號(hào)來解決，但是包絡(luò)中間會(huì)出現(xiàn)起伏，影響最終的判決。
　　 為了克服頻域方法的弊端，采用了時(shí)域

4、方法來做希爾伯特變換。時(shí)域方法是在線性相位濾波器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)希爾伯特濾波器。由于FPGA上沒有相應(yīng)的濾波器和卷積運(yùn)算，采用了移位相加的辦法模擬卷積運(yùn)算。又因?yàn)樵O(shè)計(jì)的濾波器是有限階，只能對(duì)理想情況進(jìn)行逼近，因此在某些頻域范圍上的信號(hào)通過濾波器后會(huì)發(fā)生衰減。為了解決衰減的問題采用了抽取點(diǎn)數(shù)和歸一化兩種方式，最后得到的包絡(luò)結(jié)果比較理想。
　　 文章的最后是將系統(tǒng)應(yīng)用在水池試驗(yàn)里進(jìn)行檢測(cè)。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，人為地增加了一個(gè)干擾信號(hào)。