一种非理想波导下的warping变换修正方法技术

本发明专利技术公开了一种非理想波导下的warping变换修正方法，属于信号处理领域。本发明专利技术包括：对接收信号进行滤波分析；对有效的信号进行分析；对截取后的信号利用传统的理想波导下的warping变换公式对信号进行warping变换，并对变换后的信号进行时频分析；利用海底相移参数和海深以及海水中的平均声速计算warping变换的修正因子，将修正因子离散后，对warping变换进行修正，并对修正后的信号进行时频分析；分别改变修正因子中的参量，分析参量海底相移参数、海深以及收发距离的起伏变化和失配对修正结果的影响，参量的起伏范围为[‑10％，+10％]。

A modified method of warping transform under imperfect waveguide

The invention discloses an warping transformation correction method under a non ideal waveguide, which belongs to the signal processing field. The invention comprises filtering and analyzing the received signal, analyzing the effective signal, warping the intercepted signal using the warping transform formula under the traditional ideal waveguide, time-frequency analysis of the transformed signal, and utilizing the seabed phase shift parameters, the sea depth and the average sound speed in the sea water. Calculate the correction factor of warping transform, discretize the correction factor, modify the warping transform, and analyze the time-frequency of the corrected signal; change the parameters of the correction factor, analyze the influence of the parameters of seabed phase shift parameters, sea depth and the fluctuation and mismatch of receiving and receiving distance on the correction result, and the fluctuation and mismatch of the parameters. The volt range is [10% +10%].

【技术实现步骤摘要】
一种非理想波导下的warping变换修正方法
本专利技术属于信号处理领域，具体涉及一种非理想波导下的warping变换修正方法。
技术介绍
Warping变换是近年来广泛应用于水声领域的信号处理方法，它适用于浅海波导中宽带脉冲信号的简正波分离。Warping变换是一种域转换的计算方法，是一个酉变换。通过warping变换可以将时域的宽带信号转换为warping域中的单频信号，在对转换后的信号进行时频分析可使得各阶简正波在时频平面上分离，再利用频域滤波分别提取各阶简正波的信息后进行warping逆变换即可实现单阶信号的还原。Warping变换最初由RichardG.Baraniuk提出，与时频分析相结合并应用于信号处理。之后，warping变换作为一种信号处理工具被广泛应用于水下被动测距、海洋环境参数反演等水声研究领域。Warping变换公式的推导基于理想波导的简正波理论，是一个robusttransformation。因此，warping变换在水声领域的大部分应用都基于理想波导的warping算子，这在一定程度上影响了warping变换的处理效果。Warping变换在本质上是对接收信号的相位进行处理，而非理想波导和理想波导之间在相位上的差别主要增加了来自于波导中海底参数等海洋环境参数的影响。在使用warping变换时，为了消除或者减弱相位中来自海底参数的影响，可以对接收信号进行自相关处理，也可以对接收时域信号的能量谱进行处理，但以上两种方法不能直接对接收信号进行处理。针对非理想波导，国内外学者对warping变换公式进行了修正。例如引进Pekeris波导下的warping算子，实现了在时频域上对各阶模态的分离；依据射线理论，利用海底反射系数和本征射线循环距离，推导出了适用于Pekeris波导的更加精确的频散公式，对warping变换公式进行了修正以及适用于非理想波导的warping变换的修正因子。但以上修正公式需要已知详细的海底参数，包括海底声速、海底密度等，这在实际测量中难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于专利技术一种在不需要获取大量详细海底环境参数的情况下得到适用于非理想波导的warping变换修正方法。针对海底参数获取难度大的问题，利用海底相移参数P和海底环境参数之间的关系，得到基于海底相移参数P的具有均匀半无限海底的非理想波导的warping变换修正公式。修正因子只与海底相移参数、海深、海水中平均声速等海洋环境参数有关，不需要详细的海底参数，大大减少了工作量。本专利技术的目的是这样实现的：一种非理想波导下的warping变换修正方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一对接收信号进行滤波分析；实际应用中的接收信号具有较大带宽，为得到合适带宽的信号，需要对信号进行滤波；采用的滤波器为带通滤波器；如果滤波后的信号具有较长的时间窗，则对信号进行脉冲压缩处理，脉冲压缩不会影响信号的性能；步骤二对有效的信号进行分析，需要对信号进行截取，截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；在环境参数不明确的情况下，第一阶简正波的到达时间未知，此时的时间起始点用t0＝r/c0代替，其中收发距离r和海水中的平均声速c0用估计值，不需要准确值；步骤三对截取后的信号利用传统的理想波导下的warping变换公式对信号进行warping变换，并对变换后的信号进行时频分析，时频分析方法选择短时傅里叶变换和魏格纳变换两种基础的时频分析方法，时频分析中采用的时间窗一般为高斯窗和韩宁窗；步骤四利用海底相移参数和海深以及海水中的平均声速计算warping变换的修正因子，将修正因子离散后，对warping变换进行修正，并对修正后的信号进行时频分析，分析方法和过程与步骤三相同；步骤五分别改变修正因子中的参量，分析参量海底相移参数、海深以及收发距离的起伏变化和失配对修正结果的影响，参量的起伏范围为[-10％，+10％]。本专利技术的优点在于：本专利技术能够在未知详细的海底声速、密度以及衰减的系数的情况下，利用海底相移参数P与海深和海水中平均声速等海洋环境参数快速计算出warping变换的修正因子，计算速度快，所需变量少。本专利技术通过计算warping变换的修正因子，可以大大增加warping变换的适用波导类型，尤其是非理想波导，提高了warping变换的计算精度的同时大大增加了warping变换的实际应用性。本专利技术提出的技术可以应用于水下接收信号的模态分解和提取，通过修正因子的修正，修正后warping变换得到的信号频谱值更加几种和准确，修正因子中参量的失配会引起单阶简正波对应单频点的移动，利用本专利技术的这一特性可以进行水下声源的测距、定位以及海底参数反演等，操作简单，计算精度高，具有较高的实际应用价值。附图说明图1为本专利技术
技术实现思路
程序流程图；图2为本专利技术接收时域信号利用传统warping变换的处理结果；图3为本专利技术修正后的warping变换处理结果；图4为本专利技术修正后warping变换的频谱；图5为本专利技术修正因子中各个参量的变化对修正结果的影响；图6为本专利技术实验数据处理结果。具体实施方式下面结合附图对专利技术做更详细地描述：具体实施例一：1.对接收信号进行滤波分析。实际应用中的接收信号一般具有较大带宽，为了得到合适带宽的信号，需要对信号进行滤波。采用的滤波器一半为带通滤波器。如果滤波后的信号具有较长的时间窗，还可以对信号进行脉冲压缩处理，脉冲压缩不会影响信号的性能。2.为了对有效的信号进行分析，还需要对信号进行截取，截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间。截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间。在环境参数不明确的情况下，第一阶简正波的到达时间未知，此时的时间起始点可以用t0＝r/c0代替，其中收发距离r和海水中的平均声速c0可以用估计值，不需要准确值。3.对截取后的信号利用传统的理想波导下的warping变换公式对信号进行warping变换，并对变换后的信号进行时频分析，时频分析方法可以选择短时傅里叶变换和魏格纳变换两种基础的时频分析方法，时频分析中采用的时间窗一般为高斯窗和韩宁窗。处理结果见图2，可以看到信号的频散特性得到了一定程度上的消除，各阶简正波实现了一定程度上的分离，各阶简正波由多频信号变换为单频信号，但是由于没有考虑海底因素的影响，各阶简正波的分离不彻底，聚集性也较差，这在其且频谱(图4实线)上体现的更加明显，单阶简正波对应的单频点也不准确。4.利用海底相移参数P和海深以及海水中的平均声速计算warping变换的修正因子，将修正因子离散后，在(4)的基础上对warping变换进行修正，并对修正后的信号进行时频分析，分析方法和过程与(3)相同，处理结果见图3，同时得到修正后的warping变换的频谱(图4)，可以看出，简正波的频散消除得更加彻底，聚集性明显增强，单阶简正波对应的单频点也更加准确，这对各阶简正波进行分离和提取将具有重要意义。5.分别改变修正因子中的参量，分析参量海底相移参数、海深以及收发距离的起伏变化和失配对修正结果的影响，参量的起伏范围为[-10％,+10％]。处理结果见图5，可以看出从哪里昂的变化会引起修正结果的变化，体现在各阶简正波对应的单频点的移动，但对于整体修正效果的影响不大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非理想波导下的warping变换修正方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一对接收信号进行滤波分析；实际应用中的接收信号具有较大带宽，为得到合适带宽的信号，需要对信号进行滤波；采用的滤波器为带通滤波器；如果滤波后的信号具有较长的时间窗，则对信号进行脉冲压缩处理，脉冲压缩不会影响信号的性能；步骤二对有效的信号进行分析，需要对信号进行截取，截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；在环境参数不明确的情况下，第一阶简正波的到达时间未知，此时的时间起始点用t0＝r/c0代替，其中收发距离r和海水中的平均声速c0用估计值，不需要准确值；步骤三对截取后的信号利用传统的理想波导下的warping变换公式对信号进行warping变换，并对变换后的信号进行时频分析，时频分析方法选择短时傅里叶变换和魏格纳变换两种基础的时频分析方法，时频分析中采用的时间窗一般为高斯窗和韩宁窗；步骤四利用海底相移参数和海深以及海水中的平均声速计算warping变换的修正因子，将修正因子离散后，对warping变换进行修正，并对修正后的信号进行时频分析，分析方法和过程与步骤三相同；步骤五分别改变修正因子中的参量，分析参量海底相移参数、海深以及收发距离的起伏变化和失配对修正结果的影响，参量的起伏范围为[‑10％，+10％]。...

【技术特征摘要】
1.一种非理想波导下的warping变换修正方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一对接收信号进行滤波分析；实际应用中的接收信号具有较大带宽，为得到合适带宽的信号，需要对信号进行滤波；采用的滤波器为带通滤波器；如果滤波后的信号具有较长的时间窗，则对信号进行脉冲压缩处理，脉冲压缩不会影响信号的性能；步骤二对有效的信号进行分析，需要对信号进行截取，截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；截取的起始点为第一阶简正波的最早到达时间；在环境参数不明确的情况下，第一阶简正波的到达时间未知，此时的时间起始点用t0＝r/c0代替，其中收发距离r和海水中的平均声速c0用估计值，不需要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴胜春，李晓曼，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23