[發(fā)明專利]一種具有空間相關(guān)性的水聲陣列海洋環(huán)境噪聲仿真方法

有效

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• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109212512B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安良;陳良鑫;方世良;王曉燕
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發(fā)明公開了一種具有空間相關(guān)性的海洋環(huán)境噪聲仿真方法，包括如下步驟：（1）設(shè)定仿真參數(shù)；（2）根據(jù)水聲陣列參數(shù)求解隨頻率變化的海洋環(huán)境噪聲空間相關(guān)函數(shù)，將離散頻率進(jìn)行子頻帶劃分；（3）計算各子頻帶內(nèi)相關(guān)系數(shù)參考值；（4）生成不相關(guān)的寬帶高斯白噪聲；（5）依照步驟2劃分的子頻帶，對步驟4生成的不相關(guān)寬帶噪聲進(jìn)行濾波，生成不相關(guān)帶限噪聲；（6）依照步驟3中得到的空間相關(guān)系數(shù)參考值，生成相關(guān)帶限噪聲。（7）將相關(guān)帶限噪聲相加，生成相關(guān)寬帶噪聲；（8）計算海洋環(huán)境噪聲AR濾波器系數(shù)；（9）將步驟7得到的相關(guān)寬帶噪聲作為輸入激勵步驟8得到的濾波器，生成具有空間相關(guān)性的水聲陣列海洋環(huán)境噪聲。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲陣列信號仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有空間相關(guān)性的水聲陣列海洋環(huán)境噪聲仿真方法。

背景技術(shù)

聲納等水聲系統(tǒng)利用水聽器陣列接收水中聲信號，實現(xiàn)水中目標(biāo)檢測、定位、識別等功能。隨著現(xiàn)代計算機(jī)性能的不斷提高，越來越多的水聲技術(shù)研究人員利用計算機(jī)仿真方式生成水聲陣列接收信號，對水聲信號處理算法以及系統(tǒng)進(jìn)行測試評估，以降低海上試驗成本，提高測試評估效率。為了達(dá)到這一目的，水聲陣列接收信號仿真系統(tǒng)需要盡可能地還原海上試驗情景，生成的仿真信號需要具有與海上實測信號良好的吻合度。水聲陣列接收信號是隨機(jī)信號，因此仿真生成的水聲陣列接收信號的統(tǒng)計特性需要盡可能地與海上實測信號的統(tǒng)計特性相吻合。其中，水聲陣列各陣元接收的海洋環(huán)境噪聲的時間和空間統(tǒng)計特性就是水聲陣列信號仿真的重要部分。

為提高信號處理的增益，現(xiàn)有的聲納系統(tǒng)通常利用水聽器陣列接收水下聲信號，并采用波束形成方法進(jìn)行目標(biāo)方位測量和目標(biāo)跟蹤。在波束形成方法中，一般假設(shè)各陣元接收的背景噪聲服從高斯分布，且是不相關(guān)的，這樣波束形成可獲得最大的空間增益[1]。因此，大多數(shù)現(xiàn)有水聲陣列信號仿真系統(tǒng)忽略了各陣元背景噪聲之間的相關(guān)性[1][2][3]。但是，作為水聲陣列主要背景噪聲源之一的海洋環(huán)境噪聲具有一定的空間相關(guān)性[4]，這使得陣列信號處理算法的仿真測試和實際使用之間存在性能上的差異。

海洋環(huán)境噪聲是水聲陣列背景噪聲的重要組成部分，是一種寬帶噪聲。一方面，由于海洋環(huán)境噪聲自身的多變性以及水聲陣列工作環(huán)境的復(fù)雜性，建立起一套易于信號仿真生成使用的寬帶噪聲理論模型和應(yīng)用模型難度很大。另一方面，受到計算能力的限制，對于海洋環(huán)境噪聲仿真，在滿足符合時頻特征要求的情況下，很難兼顧陣元間的海洋環(huán)境噪聲空間相關(guān)性。因此，建立既滿足符合時頻特征要求，又符合空間相關(guān)特性要求的寬帶海洋環(huán)境噪聲仿真生成方法，對于提升水聲陣列信號仿真的逼真性和有效性具有重要意義。

本發(fā)明構(gòu)建了水聲陣列寬帶海洋環(huán)境噪聲陣元間空間相關(guān)序列，根據(jù)空間相關(guān)序列的特性對離散頻率進(jìn)行了頻帶分解，并構(gòu)造了子頻帶內(nèi)恒定空間相關(guān)系數(shù)矩陣。利用分頻帶方法生成符合各子頻帶相關(guān)特性的帶限白噪聲，再合成空間相關(guān)寬帶高斯白噪聲；然后將相關(guān)寬帶高斯白噪聲作為AR(Auto Regressive，自回歸)濾波器激勵信號，采用AR建模方式生成寬帶有色海洋環(huán)境噪聲生成，利用AR濾波器的線性特性，將高斯白噪聲激勵間的相關(guān)性線性映射為不同陣元海洋環(huán)境噪聲間的相關(guān)性，實現(xiàn)具有空間相關(guān)性的水聲陣列海洋環(huán)境噪聲時域序列仿真生成。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有水聲陣列信號仿真技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種具有空間相關(guān)性的水聲陣列海洋環(huán)境噪聲仿真方法，該方法先求解分頻帶空間相關(guān)系數(shù)矩陣，生成符合各子頻帶相關(guān)特性的帶限白噪聲，然后將各子頻帶帶限白噪聲合成得到相關(guān)寬帶高斯白噪聲，并激勵A(yù)R濾波器，最終仿真生成具有空間相關(guān)特性的水聲陣列寬帶海洋環(huán)境噪聲，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種具有空間相關(guān)性的水聲陣列海洋環(huán)境噪聲仿真方法，包括如下步驟：

(1)設(shè)定水聲陣列海洋環(huán)境噪聲仿真參數(shù)；