采用FIR濾波器實現高精度延時的連續實時聲納陣列信號仿真

馬小瑜

【摘要】聲納陣列信號仿真中，可將多普勒時延與陣元時延疊加后統一處理，而在每個采樣點需要完成的時延量都可能不一樣，運算量依舊很大，為了降低運算量滿足實時性并盡可能精確地完成數字信號的非整數時延，本文采用一種實現高精度、連續、實時的數字時延方法。該方法利用FIR數字濾波器的線性相位特性，通過調節濾波器參數，可連續改變信號時延并不改變信號原來的形狀和能量。

【關鍵詞】FIR濾波器 高精度時延 聲吶信號仿真

在聲納陣列信號仿真中研究高精度時延濾波器的目的是盡可能精確地完成多普勒時延和信號在陣元間的時延。傳統的提高時延精度的方法是提高采樣率后再進行整數周期時延，這是建立在時延量化的基礎上的，但采樣率不可能無限提高，所以往往不能提供連續可變的精確時延。本文的目的在于提供一種實現高精度非整數周期時延的方法，相比于之前單純實現小數時延的濾波器，它的優點在于可以同時實現整數與小數周期的時延，且由于FIR濾波器的線性相位特性，不但能夠大幅度降低運算量實現時延的實時性，還能保證連續性。

一、高精度時延濾波器的原理

擬采用FIR濾波器實現高精度時延，這種方法不要求FIR濾波器的離散化單位脈沖響應滿足任何對稱性條件，但是要求其脈沖響應序列滿足偶對稱條件。只要該條件滿足，FIR濾波器的輸出信號經重構后，所形成的連續信號與原輸入信號之間具有線性相位時延關系，時延的大小取決于連續脈沖響應函數關于時間的對稱軸位置。

二、高精度時延濾波器的實現

三、高精度時延濾波器仿真結果及分析

一個可靠的時延濾波器應滿足如下要求：①信號通過該時延濾波器不會改變原來的形狀和能量。②通過該時延濾波器濾波后，信號能在允許的精度下完成給定的時延。

下面是一個主動聲納信號仿真實驗：假設有一主動聲納發出中心頻率300Hz，脈寬33ms的正弦脈沖信號，采樣頻率lOkHz，周期5s，目標距離Skm，接收陣為24個陣元的均勻線列陣，陣元間距2m。仿真結果顯示信號通過該時延濾波器不會改變原來的形狀和能量。為了觀察時延精度，則可單獨繪出1號陣元和5號陣元的信號序列，根據真實時延信號與濾波時延信號的對比圖，時延精度小于10-4個采樣周期，這樣的時延精度己能滿足絕大部分需要。