第三章-相干多途信道互相关的损失优秀文档.ppt

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1、水下声信道水下声信道目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失声声源源接接收收器器n声源与接收器之间有相对运动时信道的声源与接收器之间有相对运动时信道的系统函数有何变化？系统函数有何变化？V1V2相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数式中式中确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系

2、统函数n信道传输函数与 有关；n传输函数的变化速率取决于声源的运动速度和声场干涉的空间图形的尺度大小。确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数时间 输入 输出 确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数 一般说来不是一个单纯的谐和信号，而是具有振幅和相位调制的。确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数双频函数双频函数扩展函数扩展函数目标运动时互相关的损失声源辐射单频谐和声波频率为积分时间长度受目标运动的限制，需要后置处理目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数目标运动时互相关的损失目

3、标运动时互相关的损失确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数扩展函数是冲激响应函数的时变谱，它描述信道在时域和频域的联合扩展特性，可以将时不变系统作为时变系统的特例看待、这时系统函数实际上蜕化为两个考虑下图所示水听器阵（x,y）与目标的相对几何关系，则此时接收信号可化简为目标运动时互相关的损失双频函数是输入频率为 的正弦信号时，网络输出频率为 的正弦分量的复振幅确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数双频函数是双频函数是输入频率为输入频率为 的正弦信号时，网络输出频率的正弦信号时，网络输出频率为为 的正弦分量的复振幅的正弦分量的复振幅扩展函数扩展函数是冲激响应函数的时变谱，它描

4、述信道在是冲激响应函数的时变谱，它描述信道在时域和频域的联合扩展特性，时域和频域的联合扩展特性，确定性时变信道系统函数间的关系确定性时变信道系统函数间的关系多普勒频率：多普勒频率：绝对频率：绝对频率：绝对时间：绝对时间：延迟时间：延迟时间：确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数目标运动时互相关的损失考察声源辐射谐和声波的情况，用时间平均代替系综平均相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数扩展函数是冲激响应函数的时变谱，它描述信道在时域和频域的联合扩展特性，目标运动时互相关的损失双频函数是输入频率为 的正弦信号时，网络输出频率为 的正弦分量的复振幅目标运动时互相

5、关的损失目标运动时互相关的损失考虑下图所示水听器阵（x,y）与目标的相对几何关系，则此时接收信号可写为确定性时变信道的系统函数声源辐射单频谐和声波频率为目标运动时互相关的损失时不变信道只在时域扩展了信号时变信道在时域和频域均扩展了信号目标运动时互相关的损失确定性时变信道的系统函数确定性时变信道的系统函数可以将时不变系统作为时变系统的特例看待、这时系统可以将时不变系统作为时变系统的特例看待、这时系统函数实际上蜕化为两个函数实际上蜕化为两个 时变信道与时不变信道时变信道与时不变信道n时变信道在时域和频域均扩展了信号时变信道在时域和频域均扩展了信号n时不变信道只在时域扩展了信号时不变信道只在时域扩展

6、了信号n信号经确定性变换后时可以恢复信号经确定性变换后时可以恢复的声声源源接接收收器器n声源与接收器之间有相对运动时信道的声源与接收器之间有相对运动时信道的系统函数有何变化？系统函数有何变化？V1V2相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数声声源源接接收收器器n水平分层介质的海洋环境中，可将声源水平分层介质的海洋环境中，可将声源与接收器的相对运动考虑成接收器静止与接收器的相对运动考虑成接收器静止不动，声源运动。不动，声源运动。V1+V2相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n多普勒现象多普勒现象声

7、纳载体和目标作相对运声纳载体和目标作相对运动时，接收点的信号波形与辐射波形动时，接收点的信号波形与辐射波形 相相比较在时间上将被压缩或拉伸，这一现比较在时间上将被压缩或拉伸，这一现象称为多普勒现象。象称为多普勒现象。n n互相关损失互相关损失多普勒现象将导致互相关多普勒现象将导致互相关系数降低，叫做互相关损失。系数降低，叫做互相关损失。相干多途信道中的拷贝相关器相干多途信道中的拷贝相关器相干多途信道中的互相关器相相 关关 器器12声场的空间相关半径声场的空间相关半径123456声源声源空间相关半径：归一化互相关系数降为空间相关半径：归一化互相关系数降为 时两个接收点分开的距离时两个接收点分开的

8、距离横向相关半径、纵向相关半径、垂直相关半径横向相关半径、纵向相关半径、垂直相关半径相关性与基阵的方向有关相关性与基阵的方向有关目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n接收水听器静止于接收水听器静止于接收水听器静止于接收水听器静止于R R点；点；点；点；n n声源声源声源声源S S以速度以速度以速度以速度v v运动；运动；运动；运动；n n速度矢量与声源与接收点连线的夹角为速度矢量与声源与接收点连线的夹角为速度矢量与声源与接收点连线的夹角为速度矢量与声源与接收点连线的夹角为目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n声源发射信号波形为声源发射信号波形为声源发射信号波形为声源发射

9、信号波形为n n接收水听器接收信号接收水听器接收信号接收水听器接收信号接收水听器接收信号 为为为为相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数式中式中相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数相干多途信道中运动声源的系统函数式中式中令随机量为零令随机量为零目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n则有则有则有则有n n 为声速；为声速；为声速；为声速；n n 为多普勒系数为多普勒系数为多普勒系数为多普勒系数目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失

10、n n声源辐射单频谐和声波频率为声源辐射单频谐和声波频率为声源辐射单频谐和声波频率为声源辐射单频谐和声波频率为n n接收声波频率应为接收声波频率应为接收声波频率应为接收声波频率应为目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（x,yx,y）与目标的相）与目标的相）与目标的相）与目标的相对几何关系，则此时多普勒系数可写为对几何关系，则此时多普勒系数可写为对几何关系，则此时多普勒系数可写为对几何关系，则此时多普勒系数可写为若目标角速度 ，声速1450m/s目标运动时互相关的损失考察声源辐射谐和声波的情况，用

11、时间平均代替系综平均声源辐射单频谐和声波频率为相干多途信道中运动声源的系统函数确定性时变信道的系统函数时两个接收点分开的距离信号经确定性变换后时可以恢复的目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失相干多途信道中运动声源的系统函数考虑下图所示水听器阵（x,y）与目标的相对几何关系，则此时接收信号可化简为目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（x,yx,y）与目标的相）与目标的相）与目标的相）与目标的相对几何关系，则此时接收信号可写为对几何关系，则此时接收信号可写为对几何关系，

12、则此时接收信号可写为对几何关系，则此时接收信号可写为目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（考虑下图所示水听器阵（x,yx,y）与目标的相）与目标的相）与目标的相）与目标的相对几何关系，则此时接收信号可化简为对几何关系，则此时接收信号可化简为对几何关系，则此时接收信号可化简为对几何关系，则此时接收信号可化简为固定时延固定时延相同，省相同，省略不写。略不写。目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n此时此时此时此时x x与与与与y y接收信号的互相关函数接收信号的互相关函数接收信号的互相关函数接收信号的互相关函数

13、n n其中其中其中其中目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n考察声源辐射谐和声波的情况，用时间平考察声源辐射谐和声波的情况，用时间平考察声源辐射谐和声波的情况，用时间平考察声源辐射谐和声波的情况，用时间平均代替系综平均均代替系综平均均代替系综平均均代替系综平均目标运动时互相关的损失目标运动时互相关的损失n n被动声纳基阵长被动声纳基阵长被动声纳基阵长被动声纳基阵长4040米，目标在基阵正前方米，目标在基阵正前方米，目标在基阵正前方米，目标在基阵正前方2km2km处，则处，则处，则处，则 ，n n若目标角速度若目标角速度若目标角速度若目标角速度 ，声速，声速，声速，声速1450m/s

14、1450m/sn n频率为，允许相关损失为频率为，允许相关损失为频率为，允许相关损失为频率为，允许相关损失为3dB3dB时，由上式可以时，由上式可以时，由上式可以时，由上式可以求得最大的允许积分时间长度为。求得最大的允许积分时间长度为。求得最大的允许积分时间长度为。求得最大的允许积分时间长度为。n积分时间长度受目标运动的积分时间长度受目标运动的限制，需要后置处理限制，需要后置处理n相关器输出端后接包络检波相关器输出端后接包络检波器，再对输出的包络用器，再对输出的包络用RC滤波器或一阶递归滤波器进滤波器或一阶递归滤波器进行再次平滑积分行再次平滑积分n目标运动，相关器输出的相目标运动，相关器输出的相关函数峰值位置在时延轴上关函数峰值位置在时延轴上移动，因此后置处理积分时移动，因此后置处理积分时间的长度也受限制。间的长度也受限制。