一種被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，包括以下步驟：第一步：在主機(jī)中加載實(shí)測(cè)海洋環(huán)境參數(shù)；第二步：在主機(jī)端利用Bellhop軟件包生成實(shí)測(cè)海洋環(huán)境下的海洋信道脈沖響應(yīng)序列庫(kù)；第三步：主機(jī)從DSP板讀取水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，每次讀取水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)后，主機(jī)測(cè)算當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列，然后更新水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的海洋信道脈沖響應(yīng)序列，再通過(guò)總線(xiàn)將當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列加載進(jìn)DSP板；通過(guò)主機(jī)每隔L個(gè)采樣間隔從DSP板讀取一次水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，在DSP板上獲得實(shí)時(shí)的海洋信道脈沖響應(yīng)序列。該仿真方法可完成對(duì)水聲傳播信道的實(shí)時(shí)仿真，同時(shí)確保仿真精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聲波水下信息傳遞最有效的載體形式，但是海洋信道復(fù)雜多變，包括傳播損失，多徑效應(yīng)，多普勒效應(yīng)等等。此外，海洋信道還隨著時(shí)間和空間的變化而變化，例如北海的海洋信道和南海的不同，北海海洋信道在不同季節(jié)、不同氣候和不同時(shí)間點(diǎn)的海洋信道也不一樣。BELLHOP射線(xiàn)模型是一種常見(jiàn)的海洋信道模型，其在高頻和復(fù)雜環(huán)境下具有計(jì)算效率上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于射線(xiàn)模型中的聲線(xiàn)方程與信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，在寬帶模擬時(shí)只需要求解一次射線(xiàn)軌跡，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算量。
[0003]在對(duì)此方法的研究和實(shí)踐過(guò)程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):利用BELLHOP射線(xiàn)模型生成的本征聲線(xiàn)條數(shù)很多，但是選取的本征聲線(xiàn)條數(shù)過(guò)多不利于海洋信道的實(shí)時(shí)仿真，選取的本征聲線(xiàn)條數(shù)過(guò)少又會(huì)降低仿真的精度。另外，以每個(gè)采樣間隔逐次計(jì)算海洋信道脈沖響應(yīng)序列，固然保證了水聲陣列信號(hào)仿真的準(zhǔn)確性，但是達(dá)不到信號(hào)仿真實(shí)時(shí)性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，該仿真方法通過(guò)主機(jī)和DSP的交互完成對(duì)水聲傳播信道的實(shí)時(shí)仿真，且同時(shí)確保仿真精度。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，該仿真方法包括以下步驟:
[0007]第一步:在主機(jī)中加載實(shí)測(cè)海洋環(huán)境參數(shù)，實(shí)測(cè)海洋環(huán)境參數(shù)包括聲速曲線(xiàn)、信號(hào)源的水平位置和垂直深度、波束的出射開(kāi)角、波束傳播的最遠(yuǎn)距離和最大深度、海底系數(shù)、海面系數(shù)和海洋環(huán)境的中心頻率；
[0008]第二步:基于第一步中的實(shí)測(cè)海洋環(huán)境參數(shù)，在主機(jī)端利用Bellhop軟件包生成實(shí)測(cè)海洋環(huán)境下的海洋信道脈沖響應(yīng)序列庫(kù)；
[0009]第三步:主機(jī)從DSP板讀取水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，每次讀取水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)后，主機(jī)根據(jù)水聲目標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)和各個(gè)陣元的坐標(biāo)獲取水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，測(cè)算當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列，然后更新水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的海洋信道脈沖響應(yīng)序列為當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列，再通過(guò)總線(xiàn)將當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列加載進(jìn)DSP板；通過(guò)主機(jī)每隔L個(gè)采樣間隔從DSP板讀取一次水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，在DSP板上獲得實(shí)時(shí)的海洋信道脈沖響應(yīng)序列；L的取值范圍為128 — 512之間的整數(shù)。
[0010]進(jìn)一步，所述的第三步中，根據(jù)水聲目標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)和各個(gè)陣元的坐標(biāo)，主機(jī)獲取水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，當(dāng)從不同水聲目標(biāo)位置傳播到不同陣元的本征聲線(xiàn)小于m條時(shí)，選出所有本征聲線(xiàn)作為主機(jī)獲取的水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，當(dāng)本征聲線(xiàn)大于或等于m條時(shí)，將所有的本征聲線(xiàn)按照幅度衰減降序排列，篩選出前m條本征聲線(xiàn)作為主機(jī)獲取的水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，m為10-20之間的整數(shù)。
[0011]進(jìn)一步，所述的第三步中，測(cè)算當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列的過(guò)程是:首先選取布放在海洋中的所有陣元組成的基陣中最靠近幾何中心的陣元為參考陣元，假設(shè)水聲目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以球面波的形式不斷的向周?chē)l(fā)射輻射噪聲信號(hào)，則水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的傳播時(shí)延ti為:
[0012]t= (positonarraV1-PositontargJ / c 式⑵
[0013]其中，為第i號(hào)陣元的坐標(biāo)，Positontoget為水聲目標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)，c為海洋中聲波傳播速度；
[0014]各個(gè)陣元的信號(hào)到達(dá)時(shí)間\相對(duì)于參考陣元的信號(hào)到達(dá)時(shí)間ti(l的時(shí)延差為:
[0015]h -ti0 = (positonarmX1-positonlargJ/c — Qpositonurn^ -positontargJIc 式⑶
[0016]其中，下標(biāo)iO表示參考陣元的序號(hào)，表示參考陣元的坐標(biāo)；
[0017]水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)從當(dāng)前坐標(biāo)到達(dá)各個(gè)陣元的海洋信道脈沖響應(yīng)序列Iii (η)為:
【權(quán)利要求】
1.一種被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，其特征在于，該仿真方法包括以下步驟: 第一步:在主機(jī)中加載實(shí)測(cè)海洋環(huán)境參數(shù)，實(shí)測(cè)海洋環(huán)境參數(shù)包括聲速曲線(xiàn)、信號(hào)源的水平位置和垂直深度、波束的出射開(kāi)角、波束傳播的最遠(yuǎn)距離和最大深度、海底系數(shù)、海面系數(shù)和海洋環(huán)境的中心頻率； 第二步:基于第一步中的實(shí)測(cè)海洋環(huán)境參數(shù)，在主機(jī)端利用Bellhop軟件包生成實(shí)測(cè)海洋環(huán)境下的海洋信道脈沖響應(yīng)序列庫(kù)； 第三步:獲得實(shí)時(shí)的海洋信道脈沖響應(yīng)序列:主機(jī)從DSP板讀取水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，每次讀取水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)后，主機(jī)根據(jù)水聲目標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)和各個(gè)陣元的坐標(biāo)獲取水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，測(cè)算當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列，然后更新水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的海洋信道脈沖響應(yīng)序列為當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列，再通過(guò)總線(xiàn)將當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列加載進(jìn)DSP板；通過(guò)主機(jī)每隔L個(gè)采樣間隔從DSP板讀取一次水聲目標(biāo)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，在DSP板上獲得實(shí)時(shí)的海洋信道脈沖響應(yīng)序列；L的取值范圍為128 — 512之間的整數(shù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，其特征在于，所述的第三步中，根據(jù)水聲目標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)和各個(gè)陣元的坐標(biāo)，主機(jī)獲取水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，當(dāng)從不同水聲目標(biāo)位置傳播到不同陣元的本征聲線(xiàn)小于m條時(shí)，選出所有本征聲線(xiàn)作為主機(jī)獲取的水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，當(dāng)本征聲線(xiàn)大于或等于m條時(shí)，將所有的本征聲線(xiàn)按照幅度衰減降序排列，篩選出前m條本征聲線(xiàn)作為主機(jī)獲取的水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的本征聲線(xiàn)，m為10-20之間的整數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，其特征在于，所述的第三步中，測(cè)算當(dāng)前的海洋信道脈沖響應(yīng)序列的過(guò)程是:首先選取布放在海洋中的所有陣元組成的基陣中最靠近幾何中心的陣元為參考陣元，假設(shè)水聲目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以球面波的形式不斷的向周?chē)l(fā)射輻射噪聲信號(hào)，則水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元的傳播時(shí)延t為:
(Positonarmy1-positontargJ! c 式(2) 其中，/7as’/to?amn為第i號(hào)陣元的坐標(biāo)，Positontarget為水聲目標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)，c為海洋中聲波傳播速度； 各個(gè)陣元的信號(hào)到達(dá)時(shí)間\相對(duì)于參考陣元的信號(hào)到達(dá)時(shí)間ti(l的時(shí)延差為:
K1= (positon1:rim:positonl!ir:{i；) c-(posItonanm -positon^) c 式⑶ 其中，下標(biāo)iO表示參考陣元的序號(hào)，PositGniimn表示參考陣元的坐標(biāo)； 水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)從當(dāng)前坐標(biāo)到達(dá)各個(gè)陣元的海洋信道脈沖響應(yīng)序列h (η)為:
4.按照權(quán)利要求1所述的被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，其特征在于，還包括第四步，將水聲目標(biāo)實(shí)時(shí)發(fā)出的目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)和海洋信道脈沖響應(yīng)序列比(η)相卷積，獲得實(shí)時(shí)仿真的被動(dòng)聲納陣列信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求1所述的被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，其特征在于，所述的第二步中，海洋信道脈沖響應(yīng)序列庫(kù)是水聲目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)從不同的水聲目標(biāo)位置傳播到不同的陣元的本征聲線(xiàn)，包括本征聲線(xiàn)的數(shù)目，每條本征聲線(xiàn)的幅度衰減、相移、傳播時(shí)延、反射次數(shù)、折射次數(shù)和本征聲線(xiàn)到達(dá)陣元時(shí)的入射角。
6.按照權(quán)利要求2所述的被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，其特征在于，所述的第三步中，當(dāng)海洋聲速曲線(xiàn)為負(fù)聲速梯度曲線(xiàn)時(shí)，m為10，當(dāng)海洋聲速曲線(xiàn)為均勻聲速梯度或正聲速梯度曲線(xiàn)時(shí)，m為20。
7.按照權(quán)利要求1所述的被動(dòng)聲納陣列信號(hào)仿真中的海洋信道仿真方法，其特征在于，所述的第三步中，L為256。
【文檔編號(hào)】G01S7/539GK103941250SQ201410167065
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】方世良, 徐雅南, 安良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)