[發明專利]一種基于簡正波理論的寬帶混響波形仿真方法

有效

• 申請號: 201310431686.5
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103487793A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 衛紅凱;王平波;蔡志明;幸高翔
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

技術領域

本發明涉及水聲工程技術領域，尤其涉及一種基于簡正波理論的寬帶混響波形仿真方法。

背景技術

為了對抗現代安靜型潛艇，現代主動聲納技術向低頻、寬帶、大功率發射、大孔徑接收方向發展。混響本質上由海洋中大量散射元的散射回波疊加而成，是主動聲納的特有干擾，嚴重制約主動聲納的作用距離。寬帶體制下的大功率發射，使得海洋寬帶混響背景進一步增強。抗混響業已成為提高主動聲納探測性能不得不直面突破的技術瓶頸。艦載聲納、潛載聲納、吊放聲納、魚雷制導聲納等都面臨同樣的問題。

要抑制混響，首先要獲得混響數據，基于此去了解混響的特征。進行水池試驗、湖上試驗、海上試驗，是獲得混響數據的重要手段。但試驗數據往往是各種特征融合在一起的，難以分離，難以控制；而且，受各種實際條件的限制，不可能經常進行海上或湖上試驗，使得有效的混響試驗數據缺乏。因此，基于所關心特征的物理形成機理，進行混響數值仿真，是獲得混響數據、研究混響特征、進行抗混響處理的基本手段。

傳統的混響建模仿真方法要么用于混響級的預報，沒有考慮相位信息，不能體現出混響的其他特性；要么基于混響的時變功率譜，所得到的混響序列不能保留陣元間的相關性；要么受限于特殊應用需求，不能兼顧平臺運動、收發陣元指向性、聲速梯度等因素。特別地，目前的海洋混響仿真多是針對窄帶體制，不能適應寬帶體制下對海洋寬帶混響數據的需求，若以目前現有的方法直接以寬帶信號某一頻率為基準進行寬帶混響仿真，無法反映出信道對帶寬內不同頻率的影響，此時仿真誤差大，難以滿足實際需求。

因此需要一種能反映信道對帶寬內不同頻率的影響，仿真誤差小，綜合考慮混響仿真中的多種因素，能夠自然體現出混響的空間相關性、空時特征等物理特性，能夠滿足空時自適應處理等混響抑制新算法對混響數據需求的寬帶混響波形仿真方法。

發明內容：

本發明要解決的技術問題是提供一種基于簡正波理論的寬帶混響波形仿真方法，使其能兼顧平臺運動、收發陣元指向性、聲速梯度等因素，反映出信道對帶寬內不同頻率的影響，精確模擬運動或靜止的多陣元混響。

為了解決上述技術問題本發明提供的技術方案為一種基于簡正波理論的寬帶混響波形仿真方法，該方法包括如下步驟：（1）在空間上隨機布置混響散射元；（2）設定各混響散射元隨機擾動所引起的散射回波幅度和相位調制信號；（3）將仿真的寬帶信號通過分數階Fourier變換進行子帶分解；（4）采用點散射模型，設定接收陣元坐標，分別計算各子帶的海面散射元的混響時間序列、體積散射元的混響時間序列和海底散射元的混響時間序列；（5）將各子帶的海面散射元混響時間序列、體積散射元混響時間序列和海底散射元混響時間序列疊加得到各子帶的海洋混響時間序列；（6）將各子帶的海洋混響時間序列疊加得到所設定接收陣元處的海洋寬帶混響時間序列；（7）更新接收陣元坐標，重復步驟（4）至（6）得到不同接收陣元處的海洋寬帶混響時間序列。

較佳地，所述在空間上隨機布置混響散射元的具體步驟為：根據仿真的寬帶混響時間序列長度，確定海面散射元、體積散射元和海底散射元的分布范圍，在此范圍內隨機分布混響散射元。在不同海域可以采用不同的分布方法，如可采用均勻分布、指數分布等。

較佳地，所述設定各混響散射元隨機擾動所引起的散射回波幅度和相位調制信號的具體步驟為：選定功率譜，對所選定功率譜進行頻域采樣，將采樣點疊加上隨機相位，通過傅里葉變換得到時域復信號A(t)，時域復信號A(t)反映散射元散射回波幅度和相位調制信號。

較佳地，所述將仿真的寬帶信號通過分數階Fourier變換進行子帶分解的具體步驟為：