一种海底混响信号模拟方法技术

本发明专利技术公开一种海底混响信号模拟方法，属于水声领域。首先计算海底散射系数；再得到混响强度RL；然后计算散射单元回波信号的散射强度B；最后模拟混响信号。本发明专利技术将常用高斯声波束模型的BELLHOP声场计算模型进行扩充，结合实际海洋环境，采用BELLHOP模型计算声纳与海底散射元之间的传播，并且分别考虑水平海底与不规则形状海底，从而达到计算海底混响强度以及模拟实际混响信号的目的。同时设计了GUI界面便于设置、选取海洋环境参数，更易于分析不同海洋环境对混响强度的影响。本发明专利技术的研究可以方便的预报、研究海底混响信号的强度、频谱以及分布特性等特征规律。以及分布特性等特征规律。以及分布特性等特征规律。

【技术实现步骤摘要】
一种海底混响信号模拟方法


[0001]本专利技术涉及水声
，特别涉及一种海底混响信号模拟方法。

技术介绍

[0002]混响是海洋中随机分布的，非均匀散射体的散射回波在接收处的响应迭加信号。混响是跟随在发射信号后的一种主动声呐的主要干扰信号之一。混响信号既是信号的散射过程，也体现信号的传播过程，因此在混响信号形成过程中既受水下环境的影响，也与水中散射体类型有关。目前关于混响的研究主要集中在以下几个方面：(1)混响衰减特性的研究以及混响强度的预报；(2)混响信号相关特性的分析研究；(3)对实际混响信号的模拟仿真。
[0003]混响是伴随着主动声呐系统发射信号产生的由于界面散射造成的不必要的干扰，它往往是限制主动声呐系统性能的因素。作为一种特殊形式的干扰信号，混响与发射信号有许多相似之处的随机信号，因此为了提高主动声呐系统对界面附近目标探测能力，混响信号的仿真以及特性的分析研究是十分必要的。
[0004]由于实际情况下的海洋环境是随机的与复杂多变性的，这也使得混响信号的仿真工作非常的艰难，且工作量较大。目前大多关于混响研究集中在混响散射强度的测量，且对混响强度进行计算时大多假设信号都是沿直线传播的，并不符合实际海洋环境声场特性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种海底混响信号模拟方法，以解决目前混响信号的仿真工作难度大、不符合实际海洋环境声场特征的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种海底混响信号模拟方法，包括：
[0007]计算海底散射系数；
[0008]得到混响强度RL，表达式为：RL＝SL+S
b-2TL；SL为声源级，TL为传播损失，S
b
为海底散射系数；
[0009]散射单元回波信号的散射强度B表示为：
[0010]模拟混响信号。
[0011]可选的，计算海底散射系数包括：
[0012]通过公式10lgμ＝-27(dB)计算得到Lambert系数μ；
[0013]大尺度海底的均方根斜角为δ2＝0.003+0.00512v，其中v表示风速；
[0014]通过下式计算海底散射系数：
[0015][0016]ΔΩ为散射声线偏离镜向反射声线的程度，σ为瑞利反射系数，为声线的入射角，为声线的散射角。
[0017]可选的，模拟混响信号包括：
[0018]假设混响信号混响产生于有限数量的散射单元，则散射单元处幅值a
n
服从指数分布，表示为：
[0019]计算得到散射圆环上的散射单元在接收处的波形，具体表示为：y
n
(t)＝Ba
n
s(t-τ
n
')exp(ψ
n
)；a
n
为散射单元的随机幅度，随机幅度a
n
服从指数分布，ψ
n
为随机相位，随机相位ψ
n
服从[02π]的均匀分布；s为发射信号，t为信号从声源到目标双程时延；
[0020]其中，当随机幅度a
n
服从指数分布时，总的混响信号包络服从K分布，τ
n
为发射站和接收站到散射单元的时延与阵元之间的时延相加构成的；
[0021]总的混响信号就是所有N个散射单元的散射信号的迭加构成的，具体可以表示为：
[0022]可选的，海底散射系数是通过3-D散射模型计算，所述3-D散射模型是在Lambert定律的基础上建立。
[0023]在本专利技术提供的海底混响信号模拟方法中，首先计算海底散射系数；再得到混响强度RL；然后计算散射单元回波信号的散射强度B；最后模拟混响信号。本专利技术将常用高斯声波束模型的BELLHOP声场计算模型进行扩充，结合实际海洋环境，采用BELLHOP模型计算声纳与海底散射元之间的传播，并且分别考虑水平海底与不规则形状海底，从而达到计算海底混响强度以及模拟实际混响信号的目的。同时设计了GUI界面便于设置、选取海洋环境参数，更易于分析不同海洋环境对混响强度的影响。本专利技术的研究可以方便的预报、研究海底混响信号的强度、频谱以及分布特性等特征规律。
附图说明
[0024]图1是GUI参数设置界面示意图；
[0025]图2是海底声线传播示意图；
[0026]图3是声线到达时间示意图；
[0027]图4是仿真得到的混响信号示意图；
[0028]图5是混响的统计特性示意图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种海底混响信号模拟方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0030]实施例一
[0031]本专利技术提供了一种海底混响信号模拟方法，包括如下步骤：
[0032]步骤1：计算海底散射系数；
[0033]海底散射系数是通过3-D散射模型计算，所述3-D散射模型是在Lambert定律的基础上建立；具体步骤如下：
[0034]第一步，通过公式10lgμ＝-27(dB)计算得到Lambert系数μ；
[0035]第二步，大尺度海底的均方根斜角为δ2＝0.003+0.00512v，其中v表示风速；
[0036]第三步，通过下式计算海底散射系数：
[0037][0038]ΔΩ为散射声线偏离镜向反射声线的程度，σ为瑞利反射系数，为声线的入射角，为声线的散射角。其中瑞利反射系数σ与海底沉积物密度和海水密度之比相关，也与海底沉积物声速和海水声速之比相关；
[0039]步骤2：得到混响强度RL，表达式为：RL＝SL+S
b-2TL；SL为声源级，TL为传播损失，S
b
为海底散射系数；
[0040]步骤3：散射单元回波信号的散射强度B表示为：
[0041]步骤4：模拟混响信号，具体如下：
[0042]第一步，假设混响信号混响产生于有限数量的散射单元，则散射单元处幅值a
n
服从指数分布，表示为：
[0043]第二步，计算得到散射圆环上的散射单元在接收处的波形，具体表示为：y
n
(t)＝Ba
n
s(t-τ
n
')exp(ψ
n
)；a
n
为散射单元的随机幅度，随机幅度a
n
服从指数分布，ψ
n
为随机相位，随机相位ψ
n
服从[02π]的均匀分布；s为发射信号，t为信号从声源到目标双程时延；
[0044]其中，当随机幅度a
n
服从指数分布时，总的混响信号包络服从K分布，τ
n
为发射站和接收站到散射单元的时延与阵元之间的时延相加构成的；
[0045]第三步，总的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底混响信号模拟方法，其特征在于，包括：计算海底散射系数；得到混响强度RL，表达式为：RL＝SL+S
b-2TL；SL为声源级，TL为传播损失，S
b
为海底散射系数；散射单元回波信号的散射强度B表示为：模拟混响信号。2.如权利要求1所述的海底混响信号模拟方法，其特征在于，计算海底散射系数包括：通过公式10lgμ＝-27(dB)计算得到Lambert系数μ；大尺度海底的均方根斜角为δ2＝0.003+0.00512v，其中v表示风速；通过下式计算海底散射系数：ΔΩ为散射声线偏离镜向反射声线的程度，σ为瑞利反射系数，为声线的入射角，为声线的散射角。3.如权利要求1所述的海底混响信号模拟方法，其特征在于，模拟混响信号包括：假设混响信号混响产生于有限数量的散射单元，则散射单元处幅值a
n
服从指数分布，表示为：计算得到散射圆环上的散射单元在接收处的波形，具体表示为：y...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思博，侯晓迁，李玉娟，
申请(专利权)人：海鹰企业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：