宽带与窄带模型下的时延——多普勒滤波比较

维普资讯

第２６卷第５期

２００７年ｌ０月

声学技术

Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．５

Ｏｃｔ．，２００７

Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＡｃｏｕｓｔｉＣＳ

宽带与窄带模型下的时延——多普勒滤波比较

宫先仪，潘翔，

李建龙

（浙江大学信电系．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 ￡）为发射信号，ｇ（ｔ）为接收信号。

１ 引 言

在实际处理中，是通过接收信号和发射信号的

相关来进行时延．多普勒滤波的，相关的过程就是求

在主动声纳探测中，估计目标的径向距离和径

发射信号和接收信号的模糊度函数，进行匹配滤波。

向速度是其重要目的之一。通常是通过发射信号与

两者的模糊度函数为［２］：

∞

接收信号的拷贝相关来获得模糊度函数 ，实现时

１——ｆ

延一多普勒滤波的。时延对应着目标的径向距离，多

（ １，丁）＝、／Ｓ ｆ ｇ（ｔ （ｓ（ｔ－ｒ））ｄｔ ｗｉｄｅｂａｎｄ

普勒频移对应目标的径向速度。窄带模型是宽带模

？

型的一种弱化，它操作简单，方便运算．但当发射信

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

号的分数带宽（带宽与中心频率之比）很大，或者目

标运动速度较快时，窄带模型就不再成立．必须采用

３宽带模型和窄带模型的适用范围

宽带模型进行时延一多普勒滤波 此时，宽带模型具

有窄带模型不能及的性能优势。

窄带模型是在一定适用范围下对宽带模型的简化，

是在忽略带宽压缩膨胀，而视为频移的基础上展开的。

２宽带模型和窄带模型的模糊度函数

假设原信号的带宽为Ｂ，中心频率为． ，，由目标

和平台的相对运动引入尺度变化Ｓ，则接收信号的

宽带模型和窄带模型的不同主要集中在对相对

带宽为ｓＢ。当（ｓ—１）Ｂ＜＜ｆｃ时可以忽略带宽的变化，

运动引入的多普勒频移的建模上 实际的发射信号

采用窄带模型。具体来说¨２＿，就是（ｉ）原发射信号的

一

般是脉冲形式，正是这种时间上的有限化导致了

分数带宽（Ｂ／ｉｆ）较小，通常小于０．１。（ｉｉ）在信号持续

频域上具有一定的带宽。当发射信号与运动目标发

时间Ｔ内，目标的位置变化远小于信号的空间分辨

牛散射的时候，由于多普勒频移的影响，频域上的各

力，即ｖＴ＜＜ｃ／２Ｂ。两个条件同时成立时，可采用窄带

分量发生尺度（ｓｃａｌｅ）变化．以一定的比例压缩或膨

模型。若有一条不成立，即发射信号为宽带信号或者

胀。则其接收信号的带宽相对于发射信号也经过了

相对运动达到一定的程度时，就只能采用宽带模型

同比例的变化。而窄带模型是以上宽带模型的弱化，

进行处理了。

近似的将这种尺度变化看作频率的搬移。两种模型

分别建模为：

４实际数据处理

（￡） 、／Ｓ ｓ（ｔ一丁））

ｗｉｄｅｂａｎｄ ｍｏｄｅｌ

２００６年５月底到６月初在莫干山湖进行了实

（￡） ￡一丁）

ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｍｏｄｅｌ

验。声源是由六个指向性换能器组成的３ｘ２指向性

声源。基阵是由９０个水听器组成的直径为１．Ｉｍ的

收稿日期：２００７—０７—０６：修回日期：２００ ０９－０６

作者简介：肖专（１９８４－），女，湖北人，研究生．主要研究水声信号处理。

圆环阵。目标由ＧＰＳ测定在４８ｍ处，回波信号通过

通信作者：肖专，Ｅ—ｍｍｌ：ｄａｉｓｙｚｈｕａｎ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ

圆环阵接收。发射信号如下：中心频率ｆｏ＝１４．５ｋＨｚ，