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)。聲靶主要分為信號接收、信號處理、回波發(fā)送三個主要部分，本文研究的重點(diǎn)是信號接收和信號處理。為了達(dá)到較好的實(shí)時性，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可以通過板載時鐘精確地控制程序運(yùn)行時間，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。
　　 信號接收的主要

2、工作為信號采集。在采集信號部分中，設(shè)置了空閑、觸發(fā)、采集三個狀態(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。
　　 信號處理部分的工作是信號識別，以及信號參數(shù)的估計(jì)等。參數(shù)估計(jì)部分是對信號包絡(luò)寬度及信號頻率的判斷。頻率判斷通過傅里葉變換求出。聲納的觸發(fā)信號一般為一定長

3、度的脈沖信號，因此需要通過判斷脈沖信號的寬度來確定是否為有效的觸發(fā)信號。判斷寬度需要對信號進(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:頻域和時域。其中頻域方法是以快速傅里葉變換為基礎(chǔ)求取信號的解析信號，但是這種方法的缺陷是信號變換的長度受快速傅里葉變換長度的限制，因此不能對任意長的信號進(jìn)行變換。雖然可以通過拼接兩段信號來解決，但是包絡(luò)中間會出現(xiàn)起伏，影響最終的判決。
　　 為了克服頻域方法的弊端，采用了時域

4、方法來做希爾伯特變換。時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，只能對理想情況進(jìn)行逼近，因此在某些頻域范圍上的信號通過濾波器后會發(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。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，人為地增加了一個干擾信號。