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运用m序列测量房间脉冲响应的技术研究

作　者: 杨春花
导　师: 王兆华
学　校: 天津大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: m序列声学测量脉冲响应非线性失真互相关函数 Gold序列多通道同步测量系统
分类号: TN78
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

m序列是一种伪随机序列,在通信、雷达、密码学等领域都有应用。近几十年来,运用m序列测量房间声学系统脉冲响应的技术研究也受到了人们的关注。m序列法测量技术有两大优点,其一是较强的抗噪声性能,其二是运算速度快、效率高。论文针对m序列法在应用过程中遇到的一些问题进行了深入研究,具体工作如下:1.针对测量过程中非线性对测量的影响进行了研究。分析了非线性为Hammerstein模型时,运用m序列法测量线性脉冲响应的失真情况,针对非线性为偶数次时,常规的m序列法测量技术不能获得线性脉冲响应的信息的缺陷进行了改进;提出了运用0、1电平的m序列激励Hammerstein系统的思想,并在m序列电平为1、-1时的FMT变换基础上,加以改进得到偶数幂次非线性干扰时测量线性脉冲响应的快速算法。当非线性较弱时,以Volterra核模型的简化结构为室内声学系统模型,根据此模型,得到了单一非线性作用下m序列法测量脉冲响应的显式表达;分别分析了m序列的长度、幅度以及非线性的阶次等与m序列测量法抗非线性失真性能的关系。2.为了改善m序列法的抗失真性能提高失真抑制度,在传统的截断法思想基础上,首次提出了一种确定截断点的方法。该方法利用了二次非线性误差与m序列三阶相关函数之间的关系,只需要计算出m序列三阶相关函数较小延时时的峰值位置,就可以确定截断点。对于不同本原多项式下的m序列,其三项式对位置是不相同的。为了尽可能减小非线性对测量的影响,应该有针对性地选用m序列。提出选择那些k1较小时对应的k 2较大的m序列作为测试信号,则幅度较大的非线性尖脉冲只会在远离线性脉冲响应位置出现,从而有效地减小非线性对测量的影响。3.针对Gold序列的长度是2n-1,不能直接运用FFT变换计算两序列间的互相关,阐述了一种快速相关算法,并对其实现流程进行了改良。4.针对m序列的最大联通集内序列数量少,不能满足多通道同步测量的需求,提出了运用平衡Gold序列作为测试信号的测量方法。理论分析及仿真实验证明了方法的可行性。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-19
  1.1 引言  10-13
    1.1.1 脉冲响应测量的传统声源  11-12
    1.1.2 脉冲响应测量的数字化声源  12-13
  1.2 m 序列法测量脉冲响应的国内外研究状况  13-16
    1.2.1 国外研究状况  14-15
    1.2.2 国内研究状况  15-16
  1.3 本论文主要工作及主要创新点  16-19
    1.3.1 本论文的主要工作  16-17
    1.3.2 本论文的主要创新点  17-19
第二章 m 序列法测量线性非时变系统的脉冲响应  19-39
  2.1 引言  19
  2.2 m 序列及其基本特性  19-22
    2.2.1 m 序列的产生  19-20
    2.2.2 m 序列的基本特性  20-22
  2.3 m 序列法测量线性非时变系统脉冲响应原理  22-24
  2.4 快速FMT 变换  24-26
  2.5 m 序列法测量双输入输出线性系统单位脉冲响应  26-33
    2.5.1 互逆特征m 序列  26-29
      2.5.1.1 特征m 序列  26-27
      2.5.1.2 互逆m 序列  27-28
      2.5.1.3 互逆特征m 序列  28-29
    2.5.2 测量双输入输出系统脉冲响应原理  29-31
    2.5.3 排列矩阵的下标索引搜索  31-32
    2.5.4 算法流程  32-33
  2.6 仿真实验  33-37
    2.6.1 m 序列法测量单输入单输出系统的脉冲响应  33-35
    2.6.2 m 序列法测量双输入双输出系统的脉冲响应  35-37
  2.7 小结  37-39
第三章运用m 序列法测量脉冲响应的非线性失真分析  39-60
  3.1 引言  39
  3.2 无记忆非线性系统模型  39-43
    3.2.1 Hammerstein 模型  40
    3.2.2 Wiener 模型  40-41
    3.2.3 Volterra 级数模型  41-43
  3.3 纯非线干扰时运用m 序列法测量线性脉冲响应  43-48
    3.3.1 失真分析  43-45
    3.3.2 偶数幂次非线性时测量方法改进  45-47
    3.3.3 算法实现  47-48
  3.4 微弱非线性干扰时运用m 序列法测量线性脉冲响应  48-58
    3.4.1 引言  48-50
    3.4.2 评价测量性能的指标  50-51
      3.4.2.1 失真抑制度  50
      3.4.2.2 峰值噪声比  50-51
    3.4.3 m 序列法对各次非线性干扰的抑制能力  51-53
    3.4.4 m 序列的长度与抗非线性能力的关系  53-55
    3.4.5 非线性失真的误差分布  55
    3.4.6 m 序列的幅度对失真抑制度的影响  55-58
  3.5 小结  58-60
第四章截断法提高运用m 序列测量脉冲响应技术的抗失真能力  60-76
  4.1 引言  60-61
  4.2 m 序列的三阶相关函数  61-64
    4.2.1 随机信号的高阶矩和高阶累积量  61-63
    4.2.2 m 序列的三阶相关函数  63-64
  4.3 截断法提高失真抑制度  64-72
    4.3.1 各次非线性误差  64-66
    4.3.2 二次非线性干扰时截断点的确定  66-68
    4.3.3 仿真实验  68-72
      4.3.3.1 验证不同截断点处的失真抑制度  68-69
      4.3.3.2 验证选取不同k_2截断后的失真抑制度  69
      4.3.3.3 选择最小k_2为截断点  69-70
      4.3.3.4 问题讨论  70-72
  4.4 不同本原多项式下m 序列的选择  72-75
  4.5 小结  75-76
第五章快速相关算法  76-92
  5.1 引言  76
  5.2 长度不为2 的整数次幂的DFT 快速算法  76-81
    5.2.1 直接补零的FFT 算法  76-78
    5.2.2 Winograd 快速傅里叶变换算法(WFTA)  78-79
    5.2.3 算术傅里叶变换(AFT)  79-80
      5.2.3.1 AFT 定义  79
      5.2.3.2 用AFT 计算DFT 的算法  79-80
    5.2.4 运用子群卷积的快速傅里叶变换算法  80-81
  5.3 快速相关算法  81-85
    5.3.1 算法原理  81-82
    5.3.2 算法举例  82-85
  5.4 快速相关算法流程改良  85-87
    5.4.1 改良原理  85-86
    5.4.2 改良算法流程  86-87
  5.5 快速相关算法的运算量  87-90
    5.5.1 三种算法的运算量  87-88
    5.5.2 运算量对比分析  88-90
  5.6 小结  90-92
第六章运用平衡Gold 序列测量线性非时变系统的脉冲响应  92-111
  6.1 引言  92-93
  6.2 Gold 序列  93-96
    6.2.1 Gold 序列的构成  93-94
    6.2.2 Gold 序列的相关特性  94-95
      6.2.2.1 Gold 序列的自相关函数  94
      6.2.2.2 Gold 序列的互相关函数  94-95
    6.2.3 平衡Gold 序列  95-96
  6.3 运用Gold 序列测量线性非时变系统的脉冲响应原理  96-101
    6.3.1 测量单输入输出系统脉冲响应原理  96-99
      6.3.1.1 原理  96-97
      6.3.1.2 误差分析  97
      6.3.1.3 抑制非线性失真性能分析  97-99
    6.3.2 多输入多输出系统脉冲响应测量原理  99-101
      6.3.2.1 原理  99-100
      6.3.2.2 误差分析  100
      6.3.2.3 抗噪声性能分析  100-101
  6.4 仿真实验  101-109
    6.4.1 单输入输出系统脉冲响应的测量  101-107
    6.4.2 多输入输出系统的脉冲响应测量  107-109
  6.5 小结  109-111
第七章结束语  111-114
  7.1 研究工作总结  111-112
  7.2 今后的工作  112-114
参考文献  114-122
发表论文和科研情况说明  122-123
致谢  123

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