相干多途信道信道的系统函数精.ppt

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1、相干多途信道信道的系统函数第1页，本讲稿共16页相干多途信道的系统函数相干多途信道的系统函数从通信的观点从通信的观点,海洋可以看作一个滤波器海洋可以看作一个滤波器 *能量变换能量变换 多途传播的能量主要是相干的多途传播的能量主要是相干的 *波形变换波形变换水声信号处理中参数的选取应结合信道特性水声信号处理中参数的选取应结合信道特性声纳的性能是设备、信号和信道联合决定的声纳的性能是设备、信号和信道联合决定的 确定性变换确定性变换 波形畸变波形畸变随机性变换随机性变换 信息损失信息损失第2页，本讲稿共16页信道的系统函数信道的系统函数声声源源接接收收器器第3页，本讲稿共16页描述系统的方法描述系统

2、的方法时域法时域法:冲激响应函数冲激响应函数 在输入端加一在输入端加一 脉冲脉冲,网络的输出波形就网络的输出波形就被称为冲激响应函数被称为冲激响应函数,记为记为 ;频域法频域法:频率响应函数频率响应函数 在输入端加一谐和信号在输入端加一谐和信号 ,网络的输出波网络的输出波形就被称为冲激响应函数形就被称为冲激响应函数,记为记为 .信道的系统函数信道的系统函数第4页，本讲稿共16页两者互为傅立叶变换两者互为傅立叶变换:第5页，本讲稿共16页叠加原理叠加原理若输入信号为若输入信号为 时，则系统对应的输出为时，则系统对应的输出为 ；当输入波形；当输入波形为为 时，叠加原理认为网络的输出为：时，叠加原理

3、认为网络的输出为：由由 函数知，一个任意函数可以表示为：函数知，一个任意函数可以表示为：第6页，本讲稿共16页对于一个线性网络，输入信号为对于一个线性网络，输入信号为 时，网络输出为时，网络输出为 ，则由叠加原理可以知，当输入为，则由叠加原理可以知，当输入为 时网络的输出时网络的输出为：为：（1）当输入为谐和信号时：当输入为谐和信号时：由传输函数定义（由传输函数定义（1）式又可以写成：）式又可以写成：第7页，本讲稿共16页可见冲激响应和频域响应互为傅立叶变换（可见冲激响应和频域响应互为傅立叶变换（1）式经傅立叶变换后又可以写为：式经傅立叶变换后又可以写为：n n等式的左边是信号的输出频谱；等式

4、的左边是信号的输出频谱；n n等式右边分别是输入信号的频谱和系统的等式右边分别是输入信号的频谱和系统的频域响应频域响应上式消去相同项可证得：上式消去相同项可证得：上式消去相同项可证得：上式消去相同项可证得：第8页，本讲稿共16页相干多途信道的定义介质和边界都是介质和边界都是时不变的时不变的;声源和接收器的位置也是声源和接收器的位置也是确定的确定的;从声源发出的信号沿各种从声源发出的信号沿各种不同的途径不同的途径到达接收点，到达接收点，它们相互干涉叠加，从而产生复杂的空间干涉图它们相互干涉叠加，从而产生复杂的空间干涉图案和复杂的滤波特性，接收信道因而产生畸变而案和复杂的滤波特性，接收信道因而产生

5、畸变而和发射波形有重大区别。和发射波形有重大区别。一般来说，相干多途信道可以用一般来说，相干多途信道可以用时变空变时变空变的滤波器的滤波器来描述来描述,但大多数情况下可以看作但大多数情况下可以看作时不变时不变的滤波器。的滤波器。第9页，本讲稿共16页相干多途信道的系统函数相干多途信道的系统函数声声源源接接收收器器第10页，本讲稿共16页相干多途信道的系统函数相干多途信道的系统函数射线声学几点假设射线声学几点假设信号从声源出发沿不同途径到达接收点；信号从声源出发沿不同途径到达接收点；沿不同途径到达的信号相互独立变化，有沿不同途径到达的信号相互独立变化，有自己的幅度变化和时延；自己的幅度变化和时延

6、；忽略介质吸收的频率特性，无频散效应；忽略介质吸收的频率特性，无频散效应；沿每个单独传播途径的声信号在传播途径沿每个单独传播途径的声信号在传播途径中波形不变。中波形不变。则冲激函数为：则冲激函数为：第11页，本讲稿共16页相干多途信道相干多途信道第12页，本讲稿共16页对前面的信道冲激响应信对前面的信道冲激响应信道函数做傅立叶变换可以道函数做傅立叶变换可以得到：得到：下图给出了有八个途径对声场有贡献时候的下图给出了有八个途径对声场有贡献时候的深海声道情况：深海声道情况：上图幅频特性，下图相频特性上图幅频特性，下图相频特性上图幅频特性，下图相频特性上图幅频特性，下图相频特性由图可知，信道很像一由

7、图可知，信道很像一由图可知，信道很像一由图可知，信道很像一个个个个梳状滤波器梳状滤波器梳状滤波器梳状滤波器，有，有，有，有 通带通带通带通带 和和和和 止带止带止带止带，频带大约，频带大约，频带大约，频带大约1Hz1Hz。传输函数的传输函数的传输函数的传输函数的相频特性不是相频特性不是相频特性不是相频特性不是线性的线性的线性的线性的，所以信号波形，所以信号波形，所以信号波形，所以信号波形在传播中发生变化。在传播中发生变化。在传播中发生变化。在传播中发生变化。第13页，本讲稿共16页右侧上图是海深右侧上图是海深100m，传播距离传播距离10KM的均匀的均匀浅海信道的传输函数，浅海信道的传输函数，

8、下图为副梯度下的传下图为副梯度下的传输函数输函数 上图可以看出，均匀水层的浅海声道的子带通上图可以看出，均匀水层的浅海声道的子带通带宽度较宽有带宽度较宽有100300Hz100300Hz的宽度，而副梯度水层只的宽度，而副梯度水层只有几十有几十HzHz。与深海信道相比较可知，水层越薄，。与深海信道相比较可知，水层越薄，平均子通带的宽度就相应的增加。平均子通带的宽度就相应的增加。第14页，本讲稿共16页相干多途信道的系统函数相干多途信道的系统函数相干多途信道是一相干多途信道是一“梳状滤波器梳状滤波器”系统函数对环境的敏感次序：系统函数对环境的敏感次序：铅直位置变化铅直位置变化 水层厚度变化水层厚度变化 水平位置变化水平位置变化 水层中声速变化水层中声速变化第15页，本讲稿共16页结论结论相干多途信道的系统函数对于环境参数的相干多途信道的系统函数对于环境参数的变化是敏感的，声纳的信号处理器必须是变化是敏感的，声纳的信号处理器必须是时变的和自适应的；时变的和自适应的；信道传输函数的形状像梳状滤波器，其相信道传输函数的形状像梳状滤波器，其相频特性也不是线性的，因而拷贝相关器在频特性也不是线性的，因而拷贝相关器在信道中的处理效果不佳。信道中的处理效果不佳。第16页，本讲稿共16页