【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法。
技术介绍
1、时间反演波具备空时同步聚焦特性，在通信、电子干扰和探测等领域展现了巨大的应用潜力。超视距时间反演聚焦可用于实现超视距电子侦察、电子干扰、雷达探测、通信等，具有广泛的应用前景。在将时间反演聚焦技术应用于超视距电子侦察、电子干扰、雷达探测、通信领域之前，预先进行超视距时间反演聚焦仿真是十分必要的，在仿真过程中，需要根据实际应用场景的信道环境选取合适的信道模型，以使仿真结果更加符合实际情况，对时间反演聚焦应用于实际进行有效地指导。
2、目前，自由空间的时间反演聚焦已在理论和仿真模拟方面取得进展。通常，在进行自由空间或简单环境中的时间反演聚焦仿真时，信道响应由格林函数表征。
3、当时间反演镜与目标聚焦点相距较远时，视距信号无法到达聚焦点，需采用短波以及超短波中较低频段的信号实现超视距传播，所以利用该频段的电磁波可以实现超视距时间反演聚焦。考虑到实际应用场景中，电磁波传播的环境并不是理想的自由空间环境，在进行超视距时间反演聚焦仿真时，直接采用自由空间电磁波传播的信道模型并不合适，而且电离层作为短波主要的传输介质，其反射信道中的噪声和干扰随时间、地点变化而不断变化，很难像自由空间一样准确地建立一个能全面描述信道的数学模型，watterson信道模型是一种常用的短波信道模型，该模型考虑了信号的衰落、多径传播和噪声等因素，能够较为准确地模拟短波信道的传输特性。因此，在进行超视距时间反演聚焦仿真时，需要采用watterson信道模
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，用以解决现有自由空间信道模型无法用于超视距时间反演聚焦仿真的问题。
2、一方面，本专利技术实施例提供了一种基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，仿真过程包括：目标点发射低频电磁波信号；低频电磁波信号经电离层信道，传输至时间反演镜；所述电离层信道采用watterson信道模型；时间反演镜接收低频电磁波信号，对其进行时间反演操作后向目标点方向发射，经过电离层信道传输；获取目标点及其邻域所接收的时间反演信号电场强度在空间的分布，根据电场强度在空间的分布，得到时间反演信号的聚焦点。
3、具体的，所述目标点发射的低频电磁波信号为低频单频信号，或者高斯脉冲信号。
4、具体的，所述目标点发射的低频电磁波信号为低频单频信号，或者，高斯脉冲信号。
5、具体的，通过仿真的方式将低频电磁波信号经所述watterson信道传输至时间反演镜，包括对低频电磁波信号进行：多径仿真，用于模拟低频电磁波在电离层信道中的多径传播；衰落仿真，用于模拟电离层对低频电磁波信号吸收特性的衰落和多径效应引起的信号衰落；以及噪声仿真，用于模拟电离层信道中噪声对低频电磁波信号的影响。
6、具体的，所述多径仿真包括：
7、设计一fir低通滤波器，利用低通滤波器与希尔伯特滤波器系数的转换公式，构建希尔伯特滤波器；将原始低频电磁波信号分别输入至带通滤波器和希尔伯特滤波器，产生原始信号的初始复信号s(t)＝i(t)+jq(t)；
8、对初始复信号设置多个不同的时延τi(i＝1，2，...，l)，l为路径数目，得到多路信号si(ti)，其中ti＝t-τi。
9、具体的，所述衰落仿真包括多普勒频率扩展仿真和多普勒频移仿真。
10、进一步的，所述多普勒频率扩展的仿真过程为：
11、高斯噪声产生器产生两路相互独立的高斯噪声i1和q1，分别经过高斯fir低通滤波器、插值fir滤波器，输出仍为两路高斯信号ii和qq，形成的复信号为g(t)＝ii+jqq；
12、多普勒频率扩展前的输入信号为si(ti)＝ii(ti)+jqi(ti)，与复信号g(t)进行复数相乘，得到复输出信号s′i(ti)＝i′i+jq′i，其实部与虚部分别为：
13、
14、
15、其中，θ是初始复信号s(t)＝i(t)+jq(t)的相位，a是初始复信号的幅度；f0为低通滤波器通带的中心频率；多普勒频率扩展后的信号为s′i(ti)＝i′i+jq′i，(i＝1，2，...，l)。
16、进一步的，所述多普勒频移的仿真过程为：
17、产生两路频率为fd的正交信号，分别为：
18、id＝cos(fdt)，qd＝sin(fdt)
19、其中，fd为多普勒频移；两路正交信号形成复信号sd(t)＝id+jqd；
20、将多普勒扩频后的信号si′(ti)与复信号sd(t)相乘，得到多普勒频移后的信号
21、具体的，所述噪声仿真的过程为：
22、将多普勒频移仿真后的每一路信号相加，得到加和信号；
23、产生高斯白噪声，输入带通滤波器，得到需要加入至信号的噪声；
24、将加和信号和噪声分别与信号和噪声的均方根相乘，得到增益或者衰减后的加和信号和噪声；将增益或衰减后的加和信号和噪声相加得到输出信号，完成噪声仿真；
25、所述输出信号即为经watterson信道输出的电磁波信号。
26、具体的，低通滤波器与希尔伯特滤波器系数的转换公式为：
27、
28、
29、其中，hibp(n)和hqbp(n)分别是希尔伯特滤波器i路和q路的系数，hlp(n)为n阶有限冲击响应低通滤波器的系数，f0为滤波器通带的中心频率，t为采样周期，n是希尔伯特滤波器的阶数。
30、具体的，所述信号和噪声的均方根均由下式计算：
31、
32、其中，xj表示信号或者噪声的所有采样点的值，n表示信号或者噪声采样点的个数。
33、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果：通过将watterson信道模型应用于超视距时间反演聚焦仿真过程，相对于自由空间信道模型，更加符合实际的传输环境，仿真结果更为可信。
34、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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1.一种基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，仿真过程包括：
2.根据权利要求1所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述目标点发射的低频电磁波信号为低频单频信号，或者，高斯脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，通过仿真的方式将低频电磁波信号经所述Watterson信道传输至时间反演镜，包括对低频电磁波信号进行：
4.根据权利要求3所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述多径仿真包括：
5.根据权利要求4所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述衰落仿真包括多普勒频率扩展仿真和多普勒频移仿真。
6.根据权利要求5所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述多普勒频率扩展的仿真过程为：
7.根据权利要求6所述的基于Watterson信道模型的超视距时间
8.根据权利要求7所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述噪声仿真的过程为：
9.根据权利要求4所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，低通滤波器与希尔伯特滤波器系数的转换公式为：
10.根据权利要求8所述的基于Watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述信号和噪声的均方根均由下式计算：
...【技术特征摘要】
1.一种基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，仿真过程包括：
2.根据权利要求1所述的基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述目标点发射的低频电磁波信号为低频单频信号，或者，高斯脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，通过仿真的方式将低频电磁波信号经所述watterson信道传输至时间反演镜，包括对低频电磁波信号进行：
4.根据权利要求3所述的基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述多径仿真包括：
5.根据权利要求4所述的基于watterson信道模型的超视距时间反演聚焦仿真方法，其特征在于，所述衰落仿真包括多普勒频...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春磊，江斌，王忍，王一星，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十六研究所，
类型：发明
国别省市：
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