Page 257 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 盛斯雨等： 快速正交搜索算法在水声信号处理中的应用 717

ᮠဋͥᝠឨࣀ ᮠဋͥᝠឨࣀ
0.010 0.010

0.005 0.005

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0
ࣨएͥᝠឨࣀ ࣨएͥᝠឨࣀ
0.10 0.10
0.073
0.064
0.045
0.05 0.028 0.05 0.017
0.14 0.009 0.009 0.002 0.002 0.003
0 0.007 0.007 0 0.073 0.003 0
0 0
ᄱͯͥᝠឨࣀ ᄱͯͥᝠឨࣀ
0.08
0.075 0.10
0.06 0.083
0.057
0.04 0.029
0.025 0.05 0.029
0.017 0.025
0.02
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0
൤ऺηՂ 1 ൤ऺηՂ 2 ൤ऺηՂ 3 ൤ऺηՂ 1 ൤ऺηՂ 2 ൤ऺηՂ 3
T=3 s SNR 1 =15 dB, SNR 2 =10 dB, SNR 3 =5 dB
T=5 s SNR 1 =30 dB, SNR 2 =25 dB, SNR 3 =20 dB
T=7 s SNR 1 =40 dB, SNR 2 =35 dB, SNR 3 =30 dB
(a) ηՂ᫂एˀՏ (b) η٪උˀՏ
图 4 FOS 在不同信号长度和不同信噪比下的参数估计误差
Fig. 4 Parameter estimation errors of FOS under different signal length and SNR
随着信号长度的增大，幅度和初始相位的估计误差 0 0
逐渐减小，11 s 的信号估计误差几乎为零；从图 4(b) 50 -10
可以看出，参数估计的误差随着信噪比的增大而 ௑ᫎ/s
100 -20
减小，且正弦信号 1 的估计误差要明显大于正弦信
-30
号 2和正弦信号3；两图中频率估计的相对误差始终 228 230 232 234 236
为零。 ᮠဋ/Hz
(a) FOS
由此可知，对于给出的三种信号长度和三种信
噪比条件，信号频率估计的准确性并未受到时间长 0 0
度和信噪比的影响，FOS都可以对其频率进行准确 50 -10
估计。较长的信号可以获得更准确的幅度、初始相 ௑ᫎ/s -20
位估计结果；在信噪比较低的情况下，幅度和初始相 100
-30
位的估计精度不如信噪比高的情况。第一个搜索出 228 230 232 234 236
的信号估计误差最大，这有可能是由于首次搜索要 ᮠဋ/Hz
(b) FFT
引入一个直流分量。
0 0
3 实验数据处理结果
௑ᫎ/s 50 -10

为了进一步验证 FOS 在水声信号处理领域的 100 -20
实用性，本文对海上实验数据进行了处理。声源发射 -30
228 230 232 234 236
频率为 232 Hz 的CW 脉冲信号，采样率为2000 Hz， ᮠဋ/Hz
将接收到的信号分别利用 FOS、FFT、MVDR 三种 (c) MVDR
方法进行处理并用LOFAR图表示，其中窗长为3 s， 图 5 CW 脉冲海上实验数据处理结果
滑动窗长为1 s，结果如图5所示。 Fig. 5 Data processing results of CW pulse