Page 22 - 应用声学2019年第4期

482 2019 年 7 月

脉冲宽度 0.5 s，采样频率 10 kHz，信噪比 −20 dB。 实际应用中可能遇到的问题是，不适当的 δ 值
图 9 中 ACI 自适应步长 µ = 0.000113，相干累积因 等参数带来过度猛烈的累积效应，致使输出数据溢
数δ = 0.925，滤波器阶数M = 64。 出。这与原理无关，可通过系统参数的自适应调节
予以解决。
4
3 2
2 ࣨϙ/T10 -3 V 0
ࣨϙ/T10 4 V 1 0 -2 0 0.5 1.0 ௑ᫎ/s 2.0 2.5 3.0
1.5
-1
(a) ๒ʽࠄᰎ஝૶ᄊ௑۫
-2
-80
-3 2.5 -100
-4 2.0
1.5
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 ௑ᫎ/s 1.0 -120
௑ᫎ/s 0.5 -140
0 2 4 6 8 10 12
图 9 宽带高斯噪声中 LFM 脉冲信号的 ACI 检测效果
ᮠဋ/kHz
Fig. 9 Detection performance of ACI to LFM signal (b) ๒ʽࠄᰎ஝૶ᄊ௑ᮠڏ

在以上三例中，如果用非相干能量检测器处理， 图 10 海上实验数据
其时域检测阈约为−12.5 dB (设检测概率为0.5，虚 Fig. 10 The experiment data on sea
警概率为 10 −4 , 检测指数 d = 16)。可见，ACI 具有 1.0
显著的优越性。 0.5
从仿真实验的结果来看，对于水声信号处理中 ࣨϙ/T10 -5 V -0.5 0
几种常用的脉冲信号，在极低信噪比下，ACI都具有 -1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
优异的检测性能。当然，在实验过程中也发现，参数 ௑ᫎ/s
(a) ๒ʽࠄᰎ஝૶ᄊACIೝ฾ፇ౧ᄊ௑۫
的调整如自适应步长 µ、相干累积因数 δ、滤波器阶
数 M、时延 ∆，甚至噪声的变化都会对结果产生影 2.5 -80
响。这些涉及具体应用的工程性问题，总可以找到 ௑ᫎ/s 2.0 -100
1.5
-120
合适的方法去解决。 1.0 -140
0.5
0 2 4 6 8 10 12
3.2 海上实验 ᮠဋ/kHz
(b) ๒ʽࠄᰎ஝૶ᄊACIೝ฾ፇ౧ᄊ௑ᮠڏ
3.1节的仿真实验中，ACI展现出了在极低信噪
比下对未知 (或严重畸变) 信号优异的检测能力，为 图 11 海上实验数据的 ACI 检测效果
了进一步对 ACI 实际应用能力进行验证，本节基于 Fig. 11 Detection performance of ACI to the ex-
实际海上实验数据，展示 ACI 的检测能力。以下展 periment data
示的实例中，整个过程亦不需要利用任何信号波形
4 结论
或时变规律的先验信息。
图 10 为海上实验数据的时域图和时频图。实 本文给出了 ACI 算法的系统理论，得出了对于
验中，发射信号形式为 CW 脉冲，信号频率 540 Hz， ACI算法的奇特作用的合理解释。所导出的宽带时
脉冲宽度约 1 s (第 1 s 持续到第 2 s)，输入信噪比 变 ARMA 模型以及窄带复解析模型可用于 ACI 的
约为−9 dB。图11为实验数据的ACI 检测效果，从 参数选择和性能分析。所提供的仿真实验和海上实
时域图和时频图中均可以明显看出被检测到的CW 验应用案例，进一步证明了理论的正确性，并为更广
脉冲信号，并且从时频图中可以看出检测信号的频 泛的应用提供指引。ACI算法及其相关理论直接的
率为545 Hz。海上实验数据再次证明了ACI检测方 应用领域包括未知波形信号的电子侦查、超低信噪
法的有效性和优异性能。 比宽带时变未知波形信号的自适应检测、长时间时