寬帶與窄帶模型下的時延——多普勒濾波比較

維普資訊

第２６卷第５期

２００７年ｌ０月

聲學技術

Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．５

Ｏｃｔ．，２００７

Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＡｃｏｕｓｔｉＣＳ

寬帶與窄帶模型下的時延——多普勒濾波比較

宮先儀，潘翔，

李建龍

（浙江大學信電系．杭州３１００２７）

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｄ ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ

ｍｏｄｅｌｓ ｉｎ ｄｅｌａｙ—Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ

ＸＩＡＯ Ｚｈｕａｎ，ＧＯＮＧ Ｘｉａｎ－ｙｉ，ＰＡＮ Ｘｉａｎｇ，ＬＩ Ｊｉａｎ－ｌｏｎｇ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｒ￣ｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ￣ｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）

其中 ￡）為發射信號，ｇ（ｔ）為接收信號。

１ 引 言

在實際處理中，是通過接收信號和發射信號的

相關來進行時延．多普勒濾波的，相關的過程就是求

在主動聲納探測中，估計目標的徑向距離和徑

發射信號和接收信號的模糊度函數，進行匹配濾波。

向速度是其重要目的之一。通常是通過發射信號與

兩者的模糊度函數為［２］：

∞

接收信號的拷貝相關來獲得模糊度函數 ，實現時

１——ｆ

延一多普勒濾波的。時延對應著目標的徑向距離，多

（ １，丁）＝、／Ｓ ｆ ｇ（ｔ （ｓ（ｔ－ｒ））ｄｔ ｗｉｄｅｂａｎｄ

普勒頻移對應目標的徑向速度。窄帶模型是寬帶模

？

型的一種弱化，它操作簡單，方便運算．但當發射信

Ａｒ（ （∞ｄ，丁）：ｆ （￡ 球（￡一丁）ｅ。 ｄｔ ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ

號的分數帶寬（帶寬與中心頻率之比）很大，或者目

標運動速度較快時，窄帶模型就不再成立．必須采用

３寬帶模型和窄帶模型的適用范圍

寬帶模型進行時延一多普勒濾波 此時，寬帶模型具

有窄帶模型不能及的性能優勢。

窄帶模型是在一定適用范圍下對寬帶模型的簡化，

是在忽略帶寬壓縮膨脹，而視為頻移的基礎上展開的。

２寬帶模型和窄帶模型的模糊度函數

假設原信號的帶寬為Ｂ，中心頻率為． ，，由目標

和平臺的相對運動引入尺度變化Ｓ，則接收信號的

寬帶模型和窄帶模型的不同主要集中在對相對

帶寬為ｓＢ。當（ｓ—１）Ｂ＜＜ｆｃ時可以忽略帶寬的變化，

運動引入的多普勒頻移的建模上 實際的發射信號

采用窄帶模型。具體來說¨２＿，就是（ｉ）原發射信號的

一

般是脈沖形式，正是這種時間上的有限化導致了

分數帶寬（Ｂ／ｉｆ）較小，通常小于０．１。（ｉｉ）在信號持續

頻域上具有一定的帶寬。當發射信號與運動目標發

時間Ｔ內，目標的位置變化遠小于信號的空間分辨

牛散射的時候，由于多普勒頻移的影響，頻域上的各

力，即ｖＴ＜＜ｃ／２Ｂ。兩個條件同時成立時，可采用窄帶

分量發生尺度（ｓｃａｌｅ）變化．以一定的比例壓縮或膨

模型。若有一條不成立，即發射信號為寬帶信號或者

脹。則其接收信號的帶寬相對于發射信號也經過了

相對運動達到一定的程度時，就只能采用寬帶模型

同比例的變化。而窄帶模型是以上寬帶模型的弱化，

進行處理了。

近似的將這種尺度變化看作頻率的搬移。兩種模型

分別建模為：

４實際數據處理

（￡） 、／Ｓ ｓ（ｔ一丁））

ｗｉｄｅｂａｎｄ ｍｏｄｅｌ

２００６年５月底到６月初在莫干山湖進行了實

（￡） ￡一丁）

ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｍｏｄｅｌ

驗。聲源是由六個指向性換能器組成的３ｘ２指向性

聲源。基陣是由９０個水聽器組成的直徑為１．Ｉｍ的

收稿日期：２００７—０７—０６：修回日期：２００ ０９－０６

作者簡介：肖專（１９８４－），女，湖北人，研究生．主要研究水聲信號處理。

圓環陣。目標由ＧＰＳ測定在４８ｍ處，回波信號通過

通信作者：肖專，Ｅ—ｍｍｌ：ｄａｉｓｙｚｈｕａｎ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ

圓環陣接收。發射信號如下：中心頻率ｆｏ＝１４．５ｋＨｚ，