短基線聲速測(cè)量中的信號(hào)優(yōu)化問題研究.pdf

1、在短基線聲速測(cè)量系統(tǒng)中，通過測(cè)量聲信號(hào)在基線間的渡越時(shí)間，可以獲得聲速量值。在信噪比和測(cè)量鏈特性一定的條件下，選擇合適的發(fā)射信號(hào)波形，能夠提高聲速測(cè)量的精度。問題是什么信號(hào)波形才能使得測(cè)量誤差最??？本文將此問題稱為聲速測(cè)量中的信號(hào)優(yōu)化（設(shè)計(jì)）問題。以此為主題，論文重點(diǎn)研究了以下四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題：
　　1．高信噪比條件下發(fā)射信號(hào)優(yōu)化問題。測(cè)量信號(hào)優(yōu)化問題復(fù)雜，涉及到信號(hào)類型、測(cè)量鏈傳遞特性、優(yōu)化準(zhǔn)則和計(jì)算方法等多個(gè)元素。按照從簡單到

2、復(fù)雜的思路，首先研究最簡單情景——高信噪比條件下信號(hào)優(yōu)化。除發(fā)射信號(hào)能量受限外，高信噪比條件相當(dāng)于無約束優(yōu)化。如何將發(fā)射脈沖參數(shù)化表示，結(jié)合測(cè)量鏈的傳遞特性，與測(cè)量誤差聯(lián)系起來，從而建立優(yōu)化準(zhǔn)則，導(dǎo)出最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，給出最優(yōu)脈沖參數(shù)求解算法，是論文首要解決的關(guān)鍵問題。
　　2．給定信噪比條件下發(fā)射信號(hào)優(yōu)化問題。實(shí)際測(cè)量過程中，信噪比較低可能導(dǎo)致粗大測(cè)量誤差。對(duì)于給定的信噪比，是否存在某種發(fā)射信號(hào)，能回避粗大誤差、使測(cè)量精度最高？在

3、優(yōu)化準(zhǔn)則下，如何將信噪比等價(jià)為優(yōu)化約束條件，針對(duì)信號(hào)模型參數(shù)，給出有效計(jì)算方法，是測(cè)量信號(hào)優(yōu)化中的又一關(guān)鍵問題。
　　3．長脈沖測(cè)量信號(hào)優(yōu)化問題。加長發(fā)射脈沖時(shí)間寬度，可以直接減小測(cè)量誤差，但同時(shí)使得優(yōu)化算法復(fù)雜度急劇上升、并有可能導(dǎo)致算法病態(tài)問題。當(dāng)脈沖長度足夠大時(shí)，接收測(cè)量信號(hào)呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)特性，優(yōu)化模型中的系數(shù)矩陣趨近對(duì)角化矩陣形式；如何針對(duì)此特征，防止算法病態(tài)現(xiàn)象，提出穩(wěn)定、實(shí)用的優(yōu)化算法，是完善測(cè)量信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。

4、r>　　4．聲速測(cè)量鏈傳遞特性標(biāo)定問題。測(cè)量鏈的特性決定了接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系，從基礎(chǔ)上影響優(yōu)化結(jié)果。測(cè)量鏈中換能器及其配套電路具有較為復(fù)雜的儲(chǔ)能特性、換能特性和頻帶特性，要適用于短脈沖、精確標(biāo)定其傳遞特性具有一定的難度，因而成為一個(gè)基礎(chǔ)性關(guān)鍵問題。
　　為解決上述關(guān)鍵技術(shù)問題，論文建立了測(cè)量信號(hào)模型和誤差模型；與誤差最小化等價(jià)，建立了測(cè)量信號(hào)靈敏度最大化準(zhǔn)則。提出了一種適用于高信噪比的最優(yōu)發(fā)射脈沖設(shè)計(jì)方法，一種適用于