一种基于简正波理论的宽带混响波形仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于简正波理论的宽带混响波形仿真方法，包括如下步骤：在空间上随机布置混响散射元；设定散射回波幅度和相位调制信号；将仿真的宽带信号进行子带分解；分别计算各子带的海洋混响时间序列，叠加得到某一接收阵元处的海洋宽带混响时间序列，以此方法计算得到不同接收阵元处的海洋宽带混响时间序列。本发明专利技术反映出信道对带宽内不同频率的影响，仿真误差小，综合考虑混响仿真中的多种因素，能够自然体现出混响的空间相关性、空时特征等物理特性，能够满足空时自适应处理等混响抑制新算法对混响数据的需求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括如下步骤：在空间上随机布置混响散射元；设定散射回波幅度和相位调制信号；将仿真的宽带信号进行子带分解；分别计算各子带的海洋混响时间序列，叠加得到某一接收阵元处的海洋宽带混响时间序列，以此方法计算得到不同接收阵元处的海洋宽带混响时间序列。本专利技术反映出信道对带宽内不同频率的影响，仿真误差小，综合考虑混响仿真中的多种因素，能够自然体现出混响的空间相关性、空时特征等物理特性，能够满足空时自适应处理等混响抑制新算法对混响数据的需求。【专利说明】
本专利技术涉及水声工程
，尤其涉及。
技术介绍
为了对抗现代安静型潜艇，现代主动声纳技术向低频、宽带、大功率发射、大孔径接收方向发展。混响本质上由海洋中大量散射元的散射回波叠加而成，是主动声纳的特有干扰，严重制约主动声纳的作用距离。宽带体制下的大功率发射，使得海洋宽带混响背景进一步增强。抗混响业已成为提高主动声纳探测性能不得不直面突破的技术瓶颈。舰载声纳、潜载声纳、吊放声纳、鱼雷制导声纳等都面临同样的问题。要抑制混响，首先要获得混响数据，基于此去了解混响的特征。进行水池试验、湖上试验、海上试验，是获得混响数据的重要手段。但试验数据往往是各种特征融合在一起的，难以分离，难以控制；而且，受各种实际条件的限制，不可能经常进行海上或湖上试验，使得有效的混响试验数据缺乏。因此，基于所关心特征的物理形成机理，进行混响数值仿真，是获得混响数据、研究混响特征、进行抗混响处理的基本手段。传统的混响建模仿真方法要么用于混响级的预报，没有考虑相位信息，不能体现出混响的其他特性；要么基于混响的时变功率谱，所得到的混响序列不能保留阵元间的相关性；要么受限于特殊应用需求，不能兼顾平台运动、收发阵元指向性、声速梯度等因素。特别地，目前的海洋混响仿真多是针对窄带体制，不能适应宽带体制下对海洋宽带混响数据的需求，若以目前现有的方法直接以宽带信号某一频率为基准进行宽带混响仿真，无法反映出信道对带宽内不同频率的影响，此时仿真误差大，难以满足实际需求。因此需要一种能反映信道对带宽内不同频率的影响，仿真误差小，综合考虑混响仿真中的多种因素，能够自然体现出混响的空间相关性、空时特征等物理特性，能够满足空时自适应处理等混响抑制新算法对混响数据需求的宽带混响波形仿真方法。
技术实现思路
:本专利技术要解决的技术问题是提供，使其能兼顾平台运动、收发阵元指向性、声速梯度等因素，反映出信道对带宽内不同频率的影响，精确模拟运动或静止的多阵元混响。为了解决上述技术问题本专利技术提供的技术方案为，该方法包括如下步骤:(I)在空间上随机布置混响散射元；(2)设定各混响散射元随机扰动所引起的散射回波幅度和相位调制信号；(3)将仿真的宽带信号通过分数阶Fourier变换进行子带分解；(4)采用点散射模型，设定接收阵元坐标，分别计算各子带的海面散射元的混响时间序列、体积散射元的混响时间序列和海底散射元的混响时间序列；(5)将各子带的海面散射元混响时间序列、体积散射元混响时间序列和海底散射元混响时间序列叠加得到各子带的海洋混响时间序列；(6)将各子带的海洋混响时间序列叠加得到所设定接收阵元处的海洋宽带混响时间序列；(7)更新接收阵元坐标，重复步骤(4)至(6)得到不同接收阵元处的海洋宽带混响时间序列。较佳地，所述在空间上随机布置混响散射元的具体步骤为:根据仿真的宽带混响时间序列长度，确定海面散射元、体积散射元和海底散射元的分布范围，在此范围内随机分布混响散射元。在不同海域可以采用不同的分布方法，如可采用均匀分布、指数分布等。较佳地，所述设定各混响散射元随机扰动所引起的散射回波幅度和相位调制信号的具体步骤为:选定功率谱，对所选定功率谱进行频域采样，将采样点叠加上随机相位，通过傅里叶变换得到时域复信号A(t)，时域复信号A(t)反映散射元散射回波幅度和相位调制信号。较佳地，所述将仿真的宽带信号通过分数阶Fourier变换进行子带分解的具体步骤为:根据【权利要求】1.，该方法包括如下步骤: (1)在空间上随机布置混响散射元； (2)设定各混响散射元随机扰动所引起的散射回波幅度和相位调制信号； (3)将仿真的宽带信号通过分数阶Fourier变换进行子带分解； (4)分别计算仿真宽带信号的各子带的海面散射元的混响时间序列、体积散射元的混响时间序列和海底散射元的混响时间序列； (5)将各子带的海面散射元混响时间序列、体积散射元混响时间序列和海底散射元混响时间序列叠加得到各子带的海洋混响时间序列； (6)将各子带的海洋混响时间序列叠加得到所设定接收阵元处的海洋宽带混响时间序列； (7)更新接收阵元坐标，重复步骤(4)至(6)得到不同接收阵元处的海洋宽带混响时间序列。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤(1)是根据仿真的宽带混响时间序列长度，确定海面散射元、体积散射元和海底散射元的分布范围，在此范围内随机分布混响散射元。3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤为:选定功率谱；对所选定功率谱进行频域采样；将采样点叠加上随机相位；通过傅里叶变换得到时域复信号A (t)，时域复信号A (t)反映散射元散射回波幅度和相位调制信号。4.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤(3)是根据 5.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤(4)具体包括: (41)采用点散射模型，设定接收阵元坐标； (42)计算不同子带下海面散射元、体积散射元和海底散射元的本征值和本征函数； (43)计算不同子带下海面散射元、体积散射元和海底散射元的散射强度及散射元面积； (44)计算不同子带下各阶简正波经海面散射元、体积散射元和海底散射元到收、发阵元间的时延及多普勒频移； (45)计算不同子带下同一时刻的海面散射元散射回波信号、体积散射元散射回波信号和海底散射元散射回波信号； (46)计算各子带下海面散射元混响时间序列、体积散射元混响时间序列和海底散射元混响时间序列。6.根据权利要求5所述的，其特征在于，所述步骤(44)中的时延为:τ =rsj/Vmg-Tjc/vng(1-v/vngcos θ ),上述公式中的参数描述如下为发射阵元到某一散射元j的距离，rJc为散射元j到接收阵元c的距离，Vfflg, Vng分别为某一子带下m阶、η简正波的群速度，V为平台运动速度，Θ为V与散射元的夹角。7.根据权利要求5所述的，其特征在于， 所述步骤(45)中同一时刻的海面散射元散射回波信号是将步骤(42)所得的不同子带下海面散射元的本征值和本征函数、步骤(43)所得的不同子带下海面散射元的散射强度和散射元面积以及步骤(44)所得不同子带下各阶简正波经海面散射元到收、发阵元间的时延和多普勒频移进行叠加得到的， 同一时刻的体积散射元散射回波信号是将步骤(42)所得的不同子带下体积散射元的本征值和本征函数、步骤(43)所得的不同子带下体积散射元的散射强度和散射元面积以及步骤(44)所得不同子带下各阶简正波经体积散射元到收、发阵元间的时延和多普勒频移进行叠加得到的， 同一时刻的海底散射元散射回波信号是将步骤(42)所得的不同子带下海底散射元的本征值和本征函数、步骤(43)所得的不同子带下海底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于简正波理论的宽带混响波形仿真方法，该方法包括如下步骤：（1）在空间上随机布置混响散射元；?（2）设定各混响散射元随机扰动所引起的散射回波幅度和相位调制信号；（3）将仿真的宽带信号通过分数阶Fourier变换进行子带分解；?（4）分别计算仿真宽带信号的各子带的海面散射元的混响时间序列、体积散射元的混响时间序列和海底散射元的混响时间序列；（5）将各子带的海面散射元混响时间序列、体积散射元混响时间序列和海底散射元混响时间序列叠加得到各子带的海洋混响时间序列；（6）将各子带的海洋混响时间序列叠加得到所设定接收阵元处的海洋宽带混响时间序列；（7）更新接收阵元坐标，重复步骤（4）至（6）得到不同接收阵元处的海洋宽带混响时间序列。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卫红凯，王平波，蔡志明，幸高翔，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：