自导系统课间9_10

信号处理——波形处理。 波形处理。输入是波形， 输入是波形，输出还是波形， 输出还是波形，
目的是增强信号抑制噪声。 目的是增强信号抑制噪声。 常用方法： 常用方法： ① 时域处理——利用信号波形信息作相干处理， 利用信号波形信息作相干处理，如匹配滤波 ② 频域处理——滤波器 ③ 空域处理——波束形成， 波束形成，空域滤波
1 0
)
)] − 2π ft0
~ X ( f ) = k1 ⋅ S ( f ) exp( − j 2π fτ 0 )
匹配滤波是白噪声背景下的最佳处理器， 匹配滤波是白噪声背景下的最佳处理器，其效果的物理解释： 其效果的物理解释： ①从幅频特性看
G ( f ) = H ( f ) = k S ( f ) ∝ S ( f ) 白噪声 → S
§10.2 10.2 动态范围压缩和归一化处理
动态范围： 动态范围：能保证系统正常工作的最强信号和最弱信号的比 能保证系统正常工作的最强信号和最弱信号的比(差) 动态压缩： 动态压缩：把大动态的输入信号调整为小动态的输出信号， 把大动态的输入信号调整为小动态的输出信号，保证 强弱信号都能工作。 强弱信号都能工作。主要针对不同距离目标回波的 强度差异， 强度差异，常用方法是AGC。 归一化 归一化：使判决时， 使判决时，干扰背景在时间和方位上起伏最小， 干扰背景在时间和方位上起伏最小，否 则，干扰起伏会超过门限而虚警。 干扰起伏会超过门限而虚警。主要针对时变的 混响干扰。 混响干扰。
参数)的处理方法， 的处理方法，如：普通滤波器， 普通滤波器，中值滤波， 中值滤波，检波积 分，自动增益控制， 自动增益控制，时变增益控制。 时变增益控制。
相干通信——调制解调中利用了载波信息(尤其是相位信息) ，如：
PSK、OFDM。
非相干通信——调制解调中不利用载波相位信息， 调制解调中不利用载波相位信息，如：FSK、
在总声功率相同的情况下， 在总声功率相同的情况下，有指向性发射时主轴方向某点的声强与 无指向性发射时该点声强的比值的分贝数表示。 。 无指向性发射时该点声强的比值的分贝数表示
第十章和第十一章介绍自导系统的信号处理与信息处理， 第十章和第十一章介绍自导系统的信号处理与信息处理，而我们
声源级和声功率的关系： 声源级和声功率的关系：
0
f fR fK
│H(f)│
目标
τ0太大，混响无法归一； τ0太小，信号也被当作背景被归一。由于 混响包络变化周期与回波包络宽度相差不大， 不大，故AGC不太适宜用于 抑制混响， 抑制混响，多用于动态压缩。
f fR
三、混响增益控制（Reverberation Gain Control）
AGC与TVG的混合体， 混合体，参数设定、 参数设定、调试困难， 调试困难，在实际系统中往 往不用RGC，而是将TVG与AGC级联， 级联，分别设计调试。 分别设计调试。
Px(f)
信号最大周期 << τ 0 << 信道起伏时间 1 << τ 0 << n秒 收音机的AGC时间常数： 时间常数： 20 Hz
如果把AGC用于混响抑制， 用于混响抑制，其AGC时间常数应该满足： 时间常数应该满足：τ0应足够 小，能跟踪混响变化， 混响变化，使混响归一； τ0应足够大， 应足够大，不能跟踪回波包 络变化， 络变化，即： 回波包络宽度 << τ << 混响幅度变化周期
§9.2 主要技术指标
1. 工作频率 2. 信号形式： 信号形式：波形（ 波形（调制方式）， 调制方式），脉宽 ），脉宽。 脉宽。 3. 信号失真度和稳定性（ 信号失真度和稳定性（如是否严格线性调频， 如是否严格线性调频，幅度包络是否理想） 幅度包络是否理想）
7. 发射指向性指数。 发射指向性指数。
§10.3 10.3 匹配滤波和相关接收
时域形式：h (t ) = k ⋅ ~ s ( t0 − t )
幅频特性：H ( f ) = k S ( f
一、白噪声背景下的匹配滤波器
频域形式： H ( f ) = k ⋅ S * ( f )exp( − j 2π ft 0 )
由于发射扇面内海水的多普勒不同， 由于发射扇面内海水的多普勒不同，要求陷波器 有一定的带宽， 有一定的带宽，导致低速目标也被滤除(抑制)， 因此这种混响抑制方式导致对低速目标作用距离 大幅下降。 大幅下降。
-0.6 -0.8 -1
τ 0 + t0
主动回波特点： 主动回波特点：1. 信道复杂， 信道复杂，动态大(幅度变化是距离的4次方) 2. 回波同时受混响、 回波同时受混响、自噪声和环境噪声的影响 3. 回波是对发射信号的时间和频率扩展
概念辨析： 概念辨析：
相干处理——利用发射波形信息的处理方法， 利用发射波形信息的处理方法，如：匹配滤波、 匹配滤波、复本相关。 复本相关。 非相干处理——不利用波形信息(不排除利用信号的频率范围等基本
1
信息处理——逻辑处理、 逻辑处理、符号处理。 符号处理。输入是波形或符号， 输入是波形或符号，
输出是符号， 输出是符号，目的是作出尽可能正确的判断。 目的是作出尽可能正确的判断。 主要应用： 主要应用： ① 检测——根据波形作出有无目标的判断 ② 参数估计——依据观测波形确定出其参数 ③ 特征提取——从观测波形中提取参数化的特征 ④ 目标识别与分类——根据各种特征确定目标的类型 ⑤ 通信解码——从接收波形中恢复出发送方的编码信息
功率放大 收发转换 换能器
信号发生器
6. 声源级：在离发射基阵波束主极大方向1米处的声强与基准声强之比
的分贝数称为声源级。 的分贝数称为声源级。
形成一定频率， 形成一定频率， 一定脉宽的波形
形成发射指向性
提供足够大的 功率
与接收系统 共用换能器
电声转换
SL D = 10 lg
IS ， KK I S 波束主轴 1米处的声强， I 0基准声强 I0
峰值功率，信号脉宽内的平均功率， 信号脉宽内的平均功率，
第九章 发射机
§9.1 9.1 概述
发射机的结构： 发射机的结构： 发射波束 形成器 时序发生器
4. 电功率
它对电源的瞬时负载能力提出要求
平均功率，信号发射周期内的平均功率， 信号发射周期内的平均功率，
它对电源的储能提出要求
5. 脉冲重复周期。由时序脉冲控制收发转换， 由时序脉冲控制收发转换，并触发信号发生器。 并触发信号发生器。
在现代数字系统中， 在现代数字系统中，常用程控衰减器代替压控衰减器， 常用程控衰减器代替压控衰减器，衰减码 在鱼雷自导刚开机时通过学习获得。 。数字化TVG设计调试简单， 在鱼雷自导刚开机时通过学习获得 设计调试简单，可 以自适应不同的信号波形和不同的工作海区。 以自适应不同的信号波形和不同的工作海区 。
②从相频特性看
[
]
不同频率信号同相
│H(f)│ │S(f)│
注意： 注意：
Φ(t) τ0+t0 t
Байду номын сангаас
白噪声
非白噪声背景下匹配滤 波不再是最佳处理器， 波不再是最佳处理器， 需要先进行预白化。 需要先进行预白化。
0.2 0 -0.2 -0.4
f f0
其增益与f 有关， 有关，信号功率谱密度大的频段(SNR高)，增益就 大；信号小(SNR低)的频段增益就小。 的频段增益就小。即系统对不同频率的放 大量与该频率处S／N成正比， 成正比，从而使信号得到增强， 从而使信号得到增强，噪声得 以抑制。 以抑制。
SL = 10lg
I1 P 4π = 10 lg = 170.7 + 10 lg P I0 I0
200 1000 100 210 10000 1000 215 30000 3000
信号与信息处理(二级学科， 二级学科，硕士点)
声源级SL(dB) 190 无指向性所需声功率P(瓦) 100 考虑10dB指向性的声功率P (瓦) 10
陷波器一般是模拟电路实现的固定截止频率， 陷波器一般是模拟电路实现的固定截止频率，针 对特定的雷速设计。 对特定的雷速设计。不能适应雷速变化。 不能适应雷速变化。
解决方法： 解决方法：鱼雷速度发生变化时， 鱼雷速度发生变化时，调整发射频率， 调整发射频率，使其 自身多普勒仍然位于陷波器截至频段， ，这种措施称为 自身多普勒仍然位于陷波器截至频段 ODN自身多普勒抑制(Own Doppler Nullification)。
PAM、PCM。
2
一、时变增益控制(TVG，Time Vary Gain)
从时域上对混响进行归一化处理， 从时域上对混响进行归一化处理，使接收机输出的混响在 一个发射周期内电平起伏不大， 一个发射周期内电平起伏不大，以利正确判断。 以利正确判断。
时变增益曲线
8 电压（V）
1971年6月在大连湾 测得的混响衰减曲线
p 0 = 1微帕， I 0 = 0 . 67 × 10 − 18 瓦 / 米 2
无指向性发射时的声源级： 无指向性发射时的声源级： 的硕士点就叫“信号与信息处理”，有必要明确一下信号处理和
信息处理这两个概念。 这两个概念。
通信与信息系统(二级学科， 二级学科，硕士点) 信息与通信工程
(一级学科， 一级学科，博士点)
二、自动增益控制(Auto Gain Control)
AGC电路设计的关键是确定时间常数τ 电路设计的关键是确定时间常数τ0，一般要求： 一般要求：
四、陷波器(Notch Filter)
由于混响是由静止散射体产生的， 生的，故其频率集中在 鱼雷自身运动产生的多普勒频移上。如检测动目标 则可在频域用陷波器滤去混响， 混响，在时域上，因为引 起时变的混响抑制掉了，背景自然就归一了。 一了。
可以看到： 可以看到：时变电压、 时变电压、压控特性、 压控特性、混响衰减特性为三条 非线性曲线， 非线性曲线，造成设计调试TVG电路很困难， 电路很困难，常常不是 失控就是过控。 失控就是过控。模拟电路中往往采用分段控制的方法， 模拟电路中往往采用分段控制的方法， 导致电路规模增大。 导致电路规模增大。
第十章 主动自导信号处理
10.1 概述 10.2 动态范围压缩和归一化处理 10.3 匹配滤波和相关接收
§10.1 10.1 概述
在自导系统中信号与干扰不可分割， 在自导系统中信号与干扰不可分割，目标信息包含在信号中， 目标信息包含在信号中，信号处理的目 的就是尽可能增强信号抑制噪声， 的就是尽可能增强信号抑制噪声，从而使自导系统更加准确地提取目标信息。 从而使自导系统更加准确地提取目标信息。
解决方法： 解决方法：空时二维滤波， 空时二维滤波，使不同波束的陷波器阻带中 心不同， ，阻带宽度可以更窄， 心不同 阻带宽度可以更窄，减小低速目标捕获盲区。 减小低速目标捕获盲区。 但仍然无法解决零多普勒目标的检测问题。 但仍然无法解决零多普勒目标的检测问题。
相频特性： arg H ( f ) = − arg [S ( f 回波包络 ~ x (t ) = k ⋅ ~ s (t − τ )
β VT 鱼雷
θ θ
2V cos θ 2V f R = f 0 1 + T ～ f 0 1 + T C C VK 其中，θ是发射扇面半开角。 V cos β + VK cos α f K = f 0 1 + 2 T C 发射扇面
α
3
使用陷波器抑制混响的注意点： 使用陷波器抑制混响的注意点：
N
~ arg[X (t , f )H ( f )] = arg X ( f )exp( j 2π ft ) H ( f ) = arg[S ( f )] − 2π fτ 0 + 2πft − arg[S ( f )] − 2π ft0 = 2πf (t − τ 0 − t0 )
1 0.8 0.6 0.4
6 4 2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
模拟电路实现TVG的原理：
二极管阻抗曲线
时间（秒）
关键： 关键：①压控增益放大器的设计(利用 二极管内阻变化特性) ②时变电压产生(电容充放电)
电容放电曲线
需要注意， 需要注意，混响的衰减特性与信号波形、 混响的衰减特性与信号波形、海区等因素有关， 海区等因素有关，一套固定 的TVG很难适应混响衰减曲线的变化。 很难适应混响衰减曲线的变化。 水域 衰减到10％的时间(秒) 大连 0.9~1.2 青岛 0.6 青海湖 0.3 抚仙湖 0.2