采用FIR滤波器实现高精度延时的连续实时声纳阵列信号仿真

马小瑜

【摘要】声纳阵列信号仿真中，可将多普勒时延与阵元时延叠加后统一处理，而在每个采样点需要完成的时延量都可能不一样，运算量依旧很大，为了降低运算量满足实时性并尽可能精确地完成数字信号的非整数时延，本文采用一种实现高精度、连续、实时的数字时延方法。该方法利用FIR数字滤波器的线性相位特性，通过调节滤波器参数，可连续改变信号时延并不改变信号原来的形状和能量。

【关键词】FIR滤波器 高精度时延 声呐信号仿真

在声纳阵列信号仿真中研究高精度时延滤波器的目的是尽可能精确地完成多普勒时延和信号在阵元间的时延。传统的提高时延精度的方法是提高采样率后再进行整数周期时延，这是建立在时延量化的基础上的，但采样率不可能无限提高，所以往往不能提供连续可变的精确时延。本文的目的在于提供一种实现高精度非整数周期时延的方法，相比于之前单纯实现小数时延的滤波器，它的优点在于可以同时实现整数与小数周期的时延，且由于FIR滤波器的线性相位特性，不但能够大幅度降低运算量实现时延的实时性，还能保证连续性。

一、高精度时延滤波器的原理

拟采用FIR滤波器实现高精度时延，这种方法不要求FIR滤波器的离散化单位脉冲响应满足任何对称性条件，但是要求其脉冲响应序列满足偶对称条件。只要该条件满足，FIR滤波器的输出信号经重构后，所形成的连续信号与原输入信号之间具有线性相位时延关系，时延的大小取决于连续脉冲响应函数关于时间的对称轴位置。

二、高精度时延滤波器的实现

三、高精度时延滤波器仿真结果及分析

一个可靠的时延滤波器应满足如下要求：①信号通过该时延滤波器不会改变原来的形状和能量。②通过该时延滤波器滤波后，信号能在允许的精度下完成给定的时延。

下面是一个主动声纳信号仿真实验：假设有一主动声纳发出中心频率300Hz，脉宽33ms的正弦脉冲信号，采样频率lOkHz，周期5s，目标距离Skm，接收阵为24个阵元的均匀线列阵，阵元间距2m。仿真结果显示信号通过该时延滤波器不会改变原来的形状和能量。为了观察时延精度，则可单独绘出1号阵元和5号阵元的信号序列，根据真实时延信号与滤波时延信号的对比图，时延精度小于10-4个采样周期，这样的时延精度己能满足绝大部分需要。