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功率谱估计在宽带ADCP信号检测中的研究与应用

作　者: 汪胜波
导　师: 姬光荣
学　校: 中国海洋大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 宽带ADCP 功率谱估计中心频率带宽端点检测短时能量法 MUSIC方法
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 76次
引　用: 1次
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内容摘要

我国的海域面积达300万平方公里,其中蕴藏着丰富的资源,具有巨大的经济意义。另外,海洋的战略地位也日益变得更加重要。但是获取海洋资源,掌握海洋的战略地位需要对海洋信息进行获取、处理和利用,其中宽带ADCP(多普勒流速剖面仪)发挥着非常重要的作用。在使用宽带ADCP获取海洋信息之后,需要对海洋信息进行处理。功率谱估计是信息处理的重要内容,因此,对宽带ADCP信号的功率谱估计也非常重要。本文主要是对获取的宽带ADCP信号进行功率谱估计,主要包括中心频率估计和带宽估计。首先对获取的宽带ADCP信号进行滤波、归一化处理和中心化处理；然后再进行端点检测,提取信号段；再进行中心频率估计；最后求取宽带ADCP信号的带宽。主要工作包括：1.使用滤波技术对宽带ADCP信号进行滤波。通过对IIR滤波器和FIR滤波器的比较,IIR滤波器的非线性相位特性可能使得滤波后的信号发生突变,所以选择具有良好线性相位特性的FIR滤波器对宽带ADCP信号进行滤波,以降低噪声对信号功率谱估计的影响。2.对比几种常用的端点检测方法,并选择效果较好利于运算的短时能量法进行端点检测,识别出信号段和噪声段,并提取信号段。3.对宽带ADCP信号的几种功率谱估计方法比较分析,选择精度较高的基于相关矩阵特征分解的MUSIC方法对信号进行中心频率估计,效果较好。同时,也对信号进行傅里叶分析。4.结合MUSIC方法求得的中心频率和宽带ADCP的傅里叶频谱,在宽带ADCP信号的傅里叶频谱中以MUSIC算法求得的中心频率为中心,采取双边拓展的方式求解宽带ADCP信号的带宽。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 宽带ADCP水声学探测技术基础  11-12
  1.3 宽带ADCP信号功率谱估计的难点与挑战  12-13
  1.4 宽带ADCP信号功率谱估计概述和流程  13-14
    1.4.1 宽带ADCP信号功率谱估计概述  13
    1.4.2 宽带ADCP信号功率谱估计流程  13-14
  1.5 研究内容  14-15
  1.6 总体结构和内容安排  15-17
2 宽带ADCP信号的端点检测  17-34
  2.1 多普勒效应  17
  2.2 声学多普勒流速剖面仪  17-22
    2.2.1 ADCP概述  17-18
    2.2.2 ADCP的新发展  18-20
    2.2.3 ADCP信号编码  20-22
  2.3 宽带ADCP信号预处理  22-27
    2.3.1 归一化处理和中心化处理  22-23
    2.3.2 数字滤波器及其滤波  23-27
      2.3.2.1 数字滤波器概念和原理及分类  23-25
      2.3.2.2 IIR滤波器  25
      2.3.2.3 FIR滤波器  25
      2.3.2.4 IIR滤波器和FIR滤波器的比较与选择  25-27
      2.3.2.5 数字滤波器滤波  27
  2.4 宽带ADCP信号端点检测常用方法  27-29
    2.4.1 短时能量法  27-28
    2.4.2 短时平均幅度法  28
    2.4.3 短时平均过零率法  28-29
    2.4.4 短时平均方差法  29
  2.5 常用端点检测方法比较与选择  29-31
  2.6 端点检测实验结果与分析  31-32
  2.7 本章小结  32-34
3 宽带ADCP信号的中心频率分析  34-49
  3.1 功率谱估计概述  34-35
  3.2 宽带ADCP信号的傅里叶分析  35-37
    3.2.1 快速傅里叶变换  36
    3.2.2 宽带ADCP信号的傅里叶分析  36-37
  3.3 常用功率谱估计方法  37-44
    3.3.1 功率谱估计方法分类  37-38
    3.3.2 经典功率谱估计方法  38-40
      3.3.2.1 直接法  38-39
      3.3.2.2 间接法  39
      3.3.2.3 Bartlett法  39-40
      3.3.2.4 Welch法  40
    3.3.3 现代功率谱估计的非参数方法  40-44
      3.3.3.1 MTM(Multitaper)方法  41
      3.3.3.2 MUSIC(Multiple Signal Classification)方法  41-44
      3.3.3.3 特征向量法估计  44
  3.4 功率谱估计方法比较分析与应用选择  44-46
  3.5 中心频率估计  46-48
  3.6 本章小结  48-49
4 宽带ADCP信号的带宽估计  49-56
  4.1 带宽的定义  49
  4.2 带宽的估计方法  49-50
  4.3 宽带估计方法检验  50-53
  4.4 宽带ADCP数据实验及分析  53-55
  4.5 本章小结  55-56
5 总结与展望  56-58
  5.1 总结  56
  5.2 展望  56-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
发表的学术论文  62
在学期间参加的研究项目  62

功率谱估计在宽带ADCP信号检测中的研究与应用

内容摘要

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