声频定向系统信号调制与非线性失真补偿算法研究

作     者：李耀轩 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李涵雄

授予年度：2022年

学科分类：11[军事学] 12[管理学] 07[理学] 08[工学] 070206[理学-声学] 110503[军事学-军事通信学] 0810[工学-信息与通信工程] 1105[军事学-军队指挥学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 0811[工学-控制科学与工程] 0702[理学-物理学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：声频定向 改进调制算法 Volterra滤波器 P阶逆理论 自适应逆控制 

摘      要：声频定向又叫参量声学阵,它利用非线性声学效应从超声波束中产生可听音频波束,其在传播过程具有高指向性等特点。由于在自解调过程中,非线性效应在产生音频波束的同时还会产生高次谐波,这大大影响了音频波束质量。本论文主要针对声频定向系统因空气自解调而产生非线性失真问题,提出一种基于传统调制算法的新型改进预失真调制算法。除此之外,针对声频定向系统,探求一种新的建模方案(Volterra滤波器建模),并基于Volterra滤波器设计了二阶补偿器模型以及为解决逆系统不精确等问题而设计的自适应二阶补偿器模型。新型预处理算法以及自适应二阶补偿器算法都大大改善了声频定向系统的再现音频品质,为声频定向系统的非线性补偿提供了新的思路与方案。本文完成的主要工作如下:理论分析了Westervelt理论以及Berktay远场解并建立了时域KZK数值求解模型。对现有调制算法DSBAM和MAM进行理论分析,并提出了一套改进调制算法。为分析比较三种调制算法的总谐波失真,利用远场解以及数值解分别对单频以及复合频做了分析,并通过实验验证了改进调制算法可以有效的降低声频定向系统的总谐波失真。建立了数据模型(Volterra滤波器),并通过辨识实验验证了Volterra滤波器可以很好得模拟声频定向系统的非线性特性。为进一步对谐波失真进行补偿,针对Volterra滤波器模型,分别基于p阶逆理论设计了二阶补偿器以及基于自适应逆控制理论设计了自适应二阶补偿器,从仿真结果看到,当模型的线性部分为非最小相位系统时,自适应二阶补偿器有很好的补偿效果。对声频定向系统实验平台进行设计,将设计好的补偿器移植到实验平台上,通过实验验证了两种补偿方案的可行性。探讨了两种方案的优缺点,其中,两种方案都对总谐波失真有补偿效果,而自适应二阶补偿器在模型的线性部分为非最小相位系统时拥有更好的补偿效果。为声频定向系统进一步的研发提供了新的思路与方案。图61幅,表1个,参考文献62篇