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1、學(xué)校代碼10530學(xué)號(hào)201510171798分類(lèi)號(hào)TB566密級(jí)公開(kāi)碩士學(xué)位論文基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的水聲信號(hào)去噪技術(shù)研究學(xué)位申請(qǐng)人冷龍龍指導(dǎo)教師肖業(yè)偉副教授學(xué)院名稱(chēng)信息工程學(xué)院學(xué)科專(zhuān)業(yè)控制科學(xué)與工程研究方向檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置二〇一八年六月四日ResearchonDenoisingofAcousticSignalBasedonFractionalFourierTransformCandidateLengLonglongSupervisorAssociateProf.XiaoYeweiCollegeCollegeofInformationEngineeringProgramC
2、ontrolScienceandEngineeringSpecializationDetectionTechnologyandAutomationDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune4th,2018摘要水聲信道因其特殊的時(shí)空頻變特性,水聲通信的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后。對(duì)水聲通信技術(shù)的研究成為各國(guó)科學(xué)家和工程技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)。水聲信號(hào)提取優(yōu)劣將會(huì)直接影響水下目標(biāo)探測(cè)、定位、跟蹤等技術(shù)的發(fā)展。線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)瞬時(shí)頻率隨時(shí)間呈線性變化,將其作為載波信號(hào)應(yīng)用于水聲通信中,能夠提高系統(tǒng)的抗噪聲干擾、抗多徑干擾和頻率選擇性衰減的能力。分?jǐn)?shù)階
3、Fourier變換(FRFT)是近年來(lái)數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域一種很重要的算法,一個(gè)LFM信號(hào)在某一特定階次的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域上是一個(gè)?函數(shù)。因而將分?jǐn)?shù)階Fourier變換引入到水聲信號(hào)處理方面,對(duì)于發(fā)展基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的水聲通信技術(shù)具有積極的意義。本文主要研究目的是采用分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法,針對(duì)在水聲通信領(lǐng)域有重要應(yīng)用的線性調(diào)頻水聲信號(hào)進(jìn)行濾波降噪研究。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)首先詳細(xì)的闡述了分?jǐn)?shù)階Fourier變換的定義及性質(zhì),對(duì)三種主流的DFRFT算法進(jìn)行對(duì)比分析,著重的介紹了本文采用的Ozaktas提出的采樣型DFRFT算法,并進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)論證。(2)
4、結(jié)合前面的理論分析與數(shù)學(xué)推導(dǎo),建立水聲信號(hào)模型。深入研究了基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的LFM水聲信號(hào)濾波算法,分別對(duì)單分量LFM水聲信號(hào)與多分量LFM水聲信號(hào)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,當(dāng)干擾噪聲與其強(qiáng)耦合時(shí),基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號(hào)濾波算法能夠有效的實(shí)現(xiàn)信噪分離。(3)針對(duì)混有高斯白噪聲的LFM水聲信號(hào)在分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域的濾波算法中,參數(shù)估計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中為二維峰值搜索,存在估計(jì)精度與計(jì)算量的矛盾,提出了一種改進(jìn)粒子群優(yōu)化方法和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)合的參數(shù)估計(jì)新方法。采用兩級(jí)搜索方法,首先以較大步長(zhǎng)直接進(jìn)行搜索得到最佳變換域的粗略估計(jì),再以此估計(jì)值為初始值,對(duì)搜索區(qū)域進(jìn)行高
5、精度劃分,將變換階次看做粒子,利用粒子群優(yōu)化算法尋找最佳適應(yīng)度函數(shù)值,從而估計(jì)LFM信號(hào)相應(yīng)參數(shù)值。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在較低信噪比下,新算法復(fù)雜度更低,估計(jì)精度更高。(4)針對(duì)目前分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法的研究主要集中在理論研究的現(xiàn)狀,給出了基于浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的快速分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法實(shí)現(xiàn)方法。依據(jù)水聲通信系統(tǒng)模型及提出的水聲信號(hào)模型,設(shè)計(jì)水聲通信抗噪能力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源,在硬件平臺(tái)上進(jìn)一步驗(yàn)證分?jǐn)?shù)階Fourier變換算法的有效性和實(shí)用性。通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)和DSP硬件平臺(tái)上算法的實(shí)現(xiàn),驗(yàn)證基于FRFT的線性調(diào)頻水聲信號(hào)能夠有效的實(shí)現(xiàn)信噪分離,具有
6、較高的工程實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:LFM信號(hào);水聲通信;分?jǐn)?shù)階Fourier變換;濾波降噪IAbstractTheunderwateracousticchannelhasspatial-temporal-frequencydependentcharacteristic,whichmakesthedevelopmentofunderwateracousticcommunicationbehindalot.Researchonunderwateracousticcommunicationtechnologyisbecomingahottopicforscientistsandengineersi
7、nvariouscountries.Theresultofunderwateracousticsignalextractionwilldirectlyaffectthedevelopmentofunderwatertargetdetection,location,andtrackingtechnologies.Theinstantaneousfrequencyoflinearfrequencymodulation(LFM)signalchang