运动声纳界面混响仿真研究.pdf

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1、总第187期2010年第1期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringVoL30No．1197运动声纳界面混响仿真研究。周晶郝保安陈亚林胡桥(中国船舶重工集团公司第705研究所西安710075)摘要研究了一种基于空间非均匀分布散射元信号合成的运动声纳混响信号仿真方法。综合考虑了发射信号形式、声纳运动特性、海洋环境等多种混响影响因素，实现了对运动声纳混响信号的数学仿真。对仿真混响信号及其概率密度分布、空间相关系数进行了检验，结果证明了仿真的有效性。关键词运动声纳；混响；仿真中图

2、分类号TB56ResearchontheSimulationofInterfaceReverberationforMovingSonarZhouJingHaoBao’anChenYalinHuQiao(No．705ResearchInstituteofCSIC，Xi’an710075)AbsttactThesimulationmethodofinterfacereverberationformovingsonarispresented。whichusesthenonunifcIITndistri

3、butionofscattersinspaceandthedirectsuperpositionofthescatterKechoes．Manyfactorswhichwillinfluencethere-verberationareconsideredinthesimulation，suchastheparametersoftransmissionsignal，themotionofthesonar，theO-ceanenvironment，etc．Thesimulatedsignal'sdi

4、stributionofprobabilitydensityandspatialcorrelativecoefficientaretested，andthevalidityofthesimulationisproved．KeyWordsmovingsonar，reverberation，simulationClassNumbor慨61引言水声设备在研制过程中由于受到各方面条件的制约，不可能经常进行海上或湖上试验，很多时候需要先进行仿真。混响仿真是声纳仿真技术中的一个重要研究领域，涉及研究内容十分

5、广泛。海洋中存在不平整的海底和海面以及大量的散射体等，构成了实际海洋环境中的不均匀性、不连续的物理介质。当声波投射到这些不均匀介质上时就会产生散射过程，海洋中的大量非均匀介质的散射波在接收点上的总和构成所谓的混响场[1]。混响是声纳主要的背景干扰之一，它限制了声纳设备的作用距离。混响统计理论模型最初是由Faure提出，前苏联学者奥列雪夫斯基和美国学者Mid—Nemn就这一问题作了系统的讨论[2]，并被称为FOM混响理论模型，这种仿真较为粗糙。之后，有人把这些参数融入混响信号的时变功率谱中，通过对

6、功率谱的转换以获得混响序列，但这种方法在实现的实时性上有一定困难[3~5]。当声纳载体有一定的运动速度时，不同方位对应的混响信号具有不同的多普勒频移，这使得混响的谱在较大的范围内扩展开，具有空时二维耦合的特性，更增加了声纳探测目标的难度。因此研究运动声纳混响信号仿真方法，对提高声纳设备目标探测性能有重要意义。本文提了一种基于空间非均匀分布散射元信号合成的运动声纳混响信号仿真方法，该方法既能比较全面地考虑发射信号、海洋环境等混响的各种影响因素，又能自然地保持空间相关性，体现出混响频率随空间方位的变

7、化关系。这种方法能够得·收稿日期：2009年9月14日，修回日期：2009年10月18日作者简介：周晶，男，硕士研究生，研究方向：声自导信号处理技术。198周晶等：运动声纳界面混响仿真研究总第187期到任意阵形所有阵元的混响仿真信号，可满足某些降维自适应信号处理方法研究的需要，并且通过波形伸缩可以得到任意复杂信号的混响仿真信号，具有较强的通用性。2混响仿真模型混响是一个很复杂的随机过程，受到多种因素的影响，为使混响建模切实可行，需要做一些简化假设。由于混响随距离衰减很快，通常在相对较近的距离条件

8、下才起主导作用，所以一般混响的仿真距离不用太远[6~7]。为简化计算，本文作如下假设：1)任一瞬间在仿真散射单元空间内的散射体是随机均匀分布的，且每个散射体有相同的贡献；2)不考虑多次散射，只考虑散射元的一次散射；3)在一个脉冲宽度的时间内，忽略由于平台运动引起的散射元和接收单元的空间方位变化量；4)散射体只在原位置作方向随机运动。考虑如图l所示的情形，声呐平台以速度V沿着X轴运动，以海底混响为例进行分析。设距离海底H的发射声波的波长为A，基阵轴向y与向量V垂直，海底某混响散射体相对于轴向的入射