[发明专利]一种主动声纳目标模拟器信号处理方法

权利要求书

1.一种主动声纳目标模拟器信号处理方法，其特征在于：该方法步骤如下：

(1)、水声换能器(1)拾取水中音频信息，通过接收/发射转换(2)转换为微弱的电 信号；电信号经前置放大电路(3)电压被放大，通过模拟低通抗混叠滤波器(4)滤波， 然后模数转换器(5)将模拟电信号转换为离散数字信号，离散数字信号通过SPI串口送给 信号处理芯片(6)进行处理；

(2)、信号处理程序放在闪存(10)中，各种声纳信号的波形储存在SD存储卡(11) 中，当需要应答声纳信号时，信号处理程序通过SD存储卡接口读取存储在SD存储卡中 的数字序列；

(3)、在信号处理芯片(6)内部存储区中开辟一个双缓冲区，读取的数据以循环的 方式放在双缓冲区中，同时按固定时间间隔读取双缓冲区中的数据通过SPI串口送给数模 转换器(7)，数模转换器(7)将数字信号转换为模拟电信号，经过模拟低通平滑滤波器 (8)滤除高次谐波，再经功率放大电路(9)放大，通过接收/发射转换(2)推动水声换 能器(1)把信号转换为声信号；

信号处理程序检测声纳信号的过程，也即是应答器的信号处理方法如下：

第一，采样量化后的信号先通过一个前滤波器(12)，抽取(13)后通过三个并行的 不同中心频率的上滤波器、中滤波器和下滤波器将单频信号和调频信号这两种信号区分开 来；同时计算信号的时间长度，对单频信号，通过测量其通过中滤波器后的脉冲长度估计 信号时间长度；对调频信号，则通过测量其通过三个滤波器后的依次出现的三个脉冲之间 的距离估计信号时间长度；

第二，从上滤波器、中滤波器和下滤波器这三个滤波器出来的信号分别进行能量累积 (15)，即线性滤波；即对一定时间长度输入信号取平方后相加，然后输出；再对下一时 间段信号平方相加，周而复始；

第三，阈值检测模块(16)，输出二元值；

第四，计算脉冲宽度(17)；

第五，判断信号形式(18)，根据三个滤波器输出判断是单频信号还是调频信号和信 号长度是多少；

第六，信号强度估计(19)：阈值检测模块同时将信号能量峰值记录下来，作为信号 强度估计值，用于确定应答信号强度；

第七，固定延时(20)：从检测到信号到达和发射应答信号延时固定时间，以用于距 离测量；当检测到信号，在信号到达的时刻作标记，随后判断出信号的形式可以应答；根 据标记和延时值，计算应答时刻，转入发射应答状态(21)；

第八，进入发射应答状态(21)，加上多普勒频移发射应答信号；根据需要不需要加 上多普勒频移，程序从SD存储卡(11)中检索到相应信号的波形；读取波形数据放入内 存中的双缓冲区，同时从双缓冲区读取数据，乘以一定系数，通过SPI串口将数据送给数 模转换器(7)，这个乘积系数是根据应答信号强度计算出来的，把数字信号转换为模拟电 信号送给水声换能器(1)，产生应答信号。

2.根据权利要求1所述的主动声纳目标模拟器信号处理方法，其特征在于：步骤第 三中，对应答器接收的信号有两个可能的假设，称为C1和C2，表示有信号和没有信号， 采用似然比检测准则，即：

如果y(n)≥η  则确定为C1，η为阈值；

   y(n)＜η  则确定为C2；

阈值检测模块(16)的输出用二元值1和0表示，1表示C1，0表示C2。

3.根据权利要求1所述的主动声纳目标模拟器信号处理方法，其特征在于：步骤第 四中，设置计数器，记录阈值检测模块输出连续为1时1的数目，一个采样点占用T的时 间长度，连续1的数目表示检测到的脉冲宽度；当接收某工作频率的单频信号时，将从该 频率对应的中滤波器输出一个一定宽度的脉冲，根据后续的阈值检测模块的输出脉冲‘1’ 的宽度，估计出单频信号的时间长度；同时设置变量记录上滤波器、中滤波器和下滤波器 输出脉冲的位置，当接收到某工作频率的调频信号时，将从该频率对应的下滤波器、中滤 波器、上滤波器依次输出一个短脉冲，根据后续的阈值检测模块的输出脉冲‘1’的位置， 估计出调频信号的时间长度。

4.根据权利要求1所述的主动声纳目标模拟器信号处理方法，其特征在于：步骤第 五中，根据对应某频率上滤波器、中滤波器和下滤波器三个滤波器输出有无脉冲，脉冲宽 度以及脉冲位置四个条件判断信号形式；用状态机说明识别信号形式的过程，设置三个计 数器COUNT0、COUNT1、COUNT2；COUNT0对中滤波器输出1的个数进行计数，COUNT1 对下滤波器和中滤波器输出依次出现1的间隔0的个数进行计数，COUNT2对中滤波器和 上滤波器输出依次出现1的间隔0的个数进行计数；按照检测单频信号的阈值η₁，对应上 中下三个滤波器的输出为三位二进制数，根据这三位二进制值，系统有四种可转换的工作 状态：等待状态、COUNT0计数状态、判断信号形式状态、转入发射状态；按照检测单频 信号的阈值η₂，对应上中下三个滤波器的输出同样为三位二进制数，根据这三位二进制值， 系统有五种可转换的工作状态：等待状态、COUNT1计数状态、COUNT2计数状态，判断 信号形式状态、转入发射状态。